Contra-dirección

Los conductores de vehículos de una sola vía , como ciclistas y motociclistas , utilizan el contravolante para iniciar un giro hacia una dirección determinada girando momentáneamente el volante en sentido contrario a la dirección deseada ("girar a la izquierda para girar a la derecha"). Para realizar un giro con éxito, el centro de masa combinado del conductor y el vehículo de una sola vía primero debe inclinarse en la dirección del giro, y girar brevemente el volante en la dirección opuesta provoca esa inclinación. ^[1] La acción del conductor de contravolante a veces se denomina "dar una orden de dirección". ^{[2] [3] : 15}

La literatura científica no ofrece una definición clara y completa de la contradirección. De hecho, "no siempre se hace una distinción adecuada entre par de dirección y ángulo de dirección". ^[4]

Al contravolantear para girar a la derecha, se realiza lo siguiente: ^{[5] [6]}

• Se aplica un par en el manillar hacia la izquierda.
• La rueda delantera girará entonces sobre el eje de dirección hacia la izquierda y el neumático generará fuerzas en la zona de contacto hacia la izquierda.
• La máquina en su conjunto gira hacia la izquierda.
• Debido a que las fuerzas en la zona de contacto están a nivel del suelo, esto empuja las ruedas "hacia afuera" de la bicicleta hacia la izquierda y hace que se incline hacia la derecha.
• El ciclista, o en la mayoría de los casos la estabilidad inherente de la bicicleta, proporciona el par de dirección necesario para girar la rueda delantera hacia la derecha y en la dirección del giro deseado.
• La bicicleta inicia un giro hacia la derecha.

Aunque parezca una secuencia compleja de movimientos, todos los niños que andan en bicicleta la realizan. La mayoría de los ciclistas no se dan cuenta de toda la secuencia, por lo que algunos afirman que no la practican. ^[6]

También es importante distinguir el par de dirección necesario para iniciar la inclinación requerida para un giro determinado del par de dirección sostenido y el ángulo de dirección necesarios para mantener un radio y un ángulo de inclinación constantes hasta que llegue el momento de salir del giro.

• El par y el ángulo de dirección inicial son opuestos a la dirección de giro deseada.
• El ángulo de dirección sostenido está en la misma dirección que el giro.
• El par de dirección sostenido necesario para mantener ese ángulo de dirección es a favor o en contra de la dirección de giro ^[7], dependiendo de la velocidad de avance, la geometría de la bicicleta y la distribución combinada de la masa de la bicicleta y el ciclista.

Una bicicleta puede tomar una curva solo cuando el centro de masa combinado de la bicicleta y el ciclista se inclina hacia el interior de la curva en un ángulo apropiado para la velocidad y el radio de la curva:

${\displaystyle \theta =\arctan \left({\frac {v^{2}}{gr}}\right)}$

donde es la velocidad de avance, es el radio de giro y es la aceleración de la gravedad . ^[8]${\estilo de visualización v}$${\estilo de visualización r}$${\estilo de visualización g}$

Las velocidades más altas y las curvas más cerradas requieren mayores ángulos de inclinación. Si la masa no se inclina primero en la curva, la inercia del ciclista y la motocicleta hará que continúen en línea recta a medida que los neumáticos se alejan de ellos a lo largo de la curva. La transición de circular en línea recta a negociar una curva es un proceso de inclinación de la motocicleta en la curva, y la forma más práctica de provocar esa inclinación (del centro de masa combinado de la bicicleta y el ciclista) es mover primero los puntos de apoyo en la dirección opuesta. ^[9]

A medida que se acerca al ángulo deseado, normalmente se debe dirigir la rueda delantera hacia la curva para mantener ese ángulo o la moto seguirá inclinándose con la gravedad, aumentando la velocidad, hasta que el lateral entre en contacto con el suelo. Este proceso suele requerir poco o ningún esfuerzo físico, porque la geometría del sistema de dirección de la mayoría de las motos está diseñada de tal manera que la rueda delantera tiene una fuerte tendencia a dirigirse en la dirección de una inclinación.

El par real que el ciclista debe aplicar al manillar para mantener un giro en estado estable es una función compleja de la geometría de la bicicleta, la distribución de la masa, la posición del ciclista, las propiedades de los neumáticos, el radio de giro y la velocidad de avance. A bajas velocidades, el par de dirección necesario del ciclista suele ser negativo, es decir, opuesto a la dirección del giro, incluso cuando el ángulo de dirección está en la dirección del giro. A velocidades más altas, la dirección del par de entrada necesario suele ser positiva, es decir, en la misma dirección que el giro. ^{[7] [10]}

A bajas velocidades, el contravolanteo es igualmente necesario, pero en ese caso el contravolanteo es tan sutil que queda oculto por las correcciones continuas que se realizan para equilibrar la moto, y a menudo queda por debajo de una diferencia apenas perceptible o del umbral de percepción del piloto. El contravolanteo a baja velocidad puede quedar aún más oculto por el consiguiente ángulo de dirección mucho mayor posible en la dirección del giro. ^{[ cita requerida ]}

Un efecto del giro de la rueda delantera es un momento de balanceo causado por la precesión giroscópica . La magnitud de este momento es proporcional al momento de inercia de la rueda delantera, su velocidad de giro (movimiento hacia adelante), la velocidad con la que el ciclista hace girar la rueda delantera al aplicar un par al manillar y el coseno del ángulo entre el eje de dirección y la vertical. ^[10]

En el caso de una motocicleta de muestra que se mueve a 22 m/s (50 mph) y que tiene una rueda delantera con un momento de inercia de 0,6 kgm ² , girar la rueda delantera un grado en medio segundo genera un momento de balanceo de 3,5 Nm. En comparación, la fuerza lateral sobre el neumático delantero cuando sale de debajo de la motocicleta alcanza un máximo de 50 N. Esto, actuando sobre la altura de 0,6 m (2 ft) del centro de masa, genera un momento de balanceo de 30 Nm. ^[10]

Si bien el momento de las fuerzas giroscópicas representa solo el 12 % de esto, puede desempeñar un papel importante porque comienza a actuar tan pronto como el conductor aplica el par, en lugar de aumentar más lentamente a medida que la rueda se desvía de su trayectoria. Esto puede ser especialmente útil en las carreras de motos . ^[10]

Contravolantear deliberadamente es esencial para conducir una motocicleta de forma segura y, como resultado, generalmente forma parte de los cursos de conducción segura impartidos por organizaciones como la Motorcycle Safety Foundation , el Canada Safety Council o los proveedores australianos de Q-Ride. Contravolantear deliberadamente una motocicleta es una forma mucho más eficiente de conducir que simplemente inclinarse. ^{[3] : 15} A velocidades más altas, la propiedad de autoequilibrio de la motocicleta se vuelve más rígida y una fuerza de entrada dada aplicada al manillar produce cambios más pequeños en el ángulo de inclinación. ^{[3] : 16}

Gran parte del arte de tomar curvas con motocicleta consiste en aprender a empujar eficazmente las empuñaduras en las curvas y a mantener los ángulos de inclinación adecuados durante el giro. Cuando surge de repente la necesidad de un viraje rápido hacia un lado en una emergencia, es esencial saber, mediante la práctica previa, que contravolantear es la forma más eficiente de cambiar el rumbo de la motocicleta. ^{[3] : 16} Muchos accidentes se producen cuando conductores experimentados que nunca han desarrollado cuidadosamente esta habilidad se encuentran con un obstáculo inesperado.

Para fomentar la comprensión de los fenómenos relacionados con la contradirección, a veces se utiliza la frase dirección positiva . ^{[11] [12]} Otras frases son "PRUEBA: para girar, la motocicleta debe inclinarse", "Para inclinar la motocicleta, presiona la empuñadura en la dirección del giro" o "Presiona hacia la izquierda: inclínate hacia la izquierda: ve hacia la izquierda". ^[13]

La Motorcycle Safety Foundation enseña a contravolantear a todos los estudiantes de todas sus escuelas, al igual que todas las escuelas de carreras de motos. El contravolantear está incluido en los manuales y exámenes de los operadores de motocicletas de los estados de Estados Unidos, como Washington ^[14] , Nueva Jersey ^[15] , California ^[16] y Missouri. ^[17]

Según el Informe Hurt , la mayoría de los motociclistas en los Estados Unidos frenaban demasiado y derrapaban la rueda trasera y frenaban demasiado poco la delantera cuando intentaban evitar una colisión. La capacidad de contravolantear y derrapar estaba prácticamente ausente en muchos motociclistas. ^[18] La cantidad a menudo pequeña de entrada de contravolante inicial necesaria para hacer que la motocicleta se incline, que puede ser tan poco como 0,125 segundos, hace que muchos motociclistas desconozcan el concepto. ^[19]

Las motocicletas de tres ruedas que no pueden inclinarse no necesitan contravolantear, y un par de dirección inicial en una dirección no da como resultado automáticamente un giro en la otra dirección. Esto incluye las motocicletas con sidecar , en las que el automóvil está montado rígidamente sobre la motocicleta. El BRP Can-Am Spyder Roadster de tres ruedas utiliza dos ruedas delanteras que no se inclinan, por lo que se dirige como un automóvil. ^[20]

Algunos sidecars permiten que la motocicleta se incline independientemente del sidecar y, en algunos casos, el sidecar incluso se inclina en paralelo con la motocicleta. Estos vehículos deben contravolarse de la misma manera que una motocicleta individual. ^[21] El Piaggio MP3 de tres ruedas utiliza enlaces mecánicos para inclinar las dos ruedas delanteras en paralelo con el bastidor trasero, de modo que se contravolantea de la misma manera que una motocicleta de dos ruedas. ^[20]

Los vehículos multipista con inclinación libre deben equilibrarse mediante contravolanteo antes de girar. Los vehículos multipista con inclinación que tienen inclinación forzada, como el Carver , se inclinan sin contravolantear el control y no son equilibrados por el operador. Las versiones posteriores del Carver introdujeron el contravolante automático para aumentar la velocidad de inclinación y reducir la fuerza necesaria para inclinar el vehículo. Otros vehículos con inclinación forzada pueden incorporar contravolante automático. ^[22] En 1984 se desarrolló un prototipo de vehículo multipista con inclinación libre que emplea contravolante automático y no requiere ninguna habilidad de equilibrio. ^[23]

Con una bicicleta suficientemente ligera (especialmente una bicicleta ), el ciclista puede iniciar una inclinación y un giro sin usar el manillar desplazando el peso corporal, lo que algunos autores denominan contrainclinación . ^{[8] [24] [25] [26]} La experimentación física documentada muestra que en bicicletas pesadas (muchas motocicletas ) desplazar el peso corporal es menos eficaz para iniciar inclinaciones. ^[27]

Lo siguiente se hace al contravolantear desplazando el peso para girar a la izquierda:

• El ciclista aplica un torque momentáneo, ya sea en el asiento a través de las piernas o en el torso que hace que la propia bicicleta se incline hacia la derecha.
• El centro de masa combinado de la bicicleta y el ciclista solo se baja y no se mueve hacia afuera, pero si la parte delantera de la bicicleta es libre de girar sobre su eje de dirección, la inclinación hacia la derecha hará que se desvíe hacia la derecha mediante alguna combinación de precesión giroscópica, fuerzas de reacción del suelo, fuerza gravitacional en un centro de masa fuera del eje o simplemente la inercia de un centro de masa fuera del eje dependiendo de la geometría exacta y la distribución de masa de la bicicleta en particular y la cantidad de torque y la velocidad a la que se aplica. ^{[8] [28]}
• Este contraviraje hacia la derecha hace que el contacto con el suelo se desplace hacia la derecha del centro de masas, a medida que la moto avanza, lo que genera una inclinación hacia la izquierda. Finalmente, la parte delantera gira hacia la izquierda y la moto entra en la curva hacia la izquierda.

La cantidad de dirección hacia la izquierda necesaria para equilibrar la inclinación hacia la izquierda adecuada para la velocidad de avance y el radio de giro está controlada por el torque generado por el conductor, nuevamente en el asiento o en el torso.

Para salir de la curva, el ciclista simplemente invierte el procedimiento para entrar en ella: hace que la motocicleta se incline más hacia la izquierda; esto hace que se desvíe más hacia la izquierda, lo que mueve las zonas de contacto de las ruedas más hacia la izquierda, lo que finalmente reduce la inclinación hacia la izquierda y permite salir de la curva.

Un estudio de la Administración Nacional de Seguridad del Tráfico en las Carreteras (NHTSA, por sus siglas en inglés) demostró que la inclinación del conductor tiene una mayor influencia en una motocicleta más liviana que en una más pesada, ^[29] lo que ayuda a explicar por qué la dirección sin manos es menos efectiva en motocicletas pesadas. Inclinar el torso con respecto a la motocicleta no hace que la motocicleta se incline lo suficiente como para generar nada más que los giros más suaves. Los conductores sin manos pueden mantener una motocicleta pesada centrada en un carril y sortear los giros suaves de la autopista, pero no mucho más.

No es posible realizar maniobras complejas solo con el cambio de peso, porque incluso en una máquina liviana no hay suficiente autoridad de control. ^[24] Aunque en una bicicleta lo suficientemente liviana (especialmente una bicicleta ), el ciclista puede iniciar una inclinación y un giro cambiando el peso corporal, ^[8] no hay evidencia de que se puedan realizar maniobras complejas solo con el peso corporal. ^[27]

El término contraviraje también es utilizado por algunos autores para referirse a la necesidad de girar la dirección de las motos en sentido contrario al giro (ángulo de dirección negativo) para mantener el control en respuesta a un deslizamiento significativo de la rueda trasera. ^[10] Las carreras de motociclismo de velocidad se llevan a cabo en una pista ovalada con una superficie suelta de tierra, cenizas o pizarra. Los pilotos deslizan sus máquinas de lado, haciendo derrapes o desplazándose lateralmente hacia las curvas, utilizando una forma extrema de este tipo de contraviraje que se mantiene durante todo el giro. Esto también funciona, sin potencia, para las bicicletas en superficies sueltas o resbaladizas, aunque es una técnica avanzada.

El término también se utiliza en la discusión de la técnica de conducción de automóviles llamada drifting .

Wilbur Wright explicó el contravolanteo de esta manera:

He preguntado a decenas de ciclistas cómo giran hacia la izquierda. Nunca he encontrado a una sola persona que dijera todos los hechos correctamente cuando se le preguntó por primera vez. Casi invariablemente dijeron que para girar hacia la izquierda, giraban el manillar hacia la izquierda y, como resultado, hacían un giro hacia la izquierda. Pero al preguntarles más, algunos estarían de acuerdo en que primero giraban el manillar un poco hacia la derecha y luego, cuando la máquina se inclinó hacia la izquierda, giraban el manillar hacia la izquierda y, como resultado, hacían el círculo, inclinándose hacia adentro. ^{[30] [31]}

• Dinámica de bicicletas y motocicletas
• Seguridad en motocicleta
• Sistema de fase no mínima

• Vittore Cossalter; R. Lot; M. Peretto (2007). "Giro constante de motocicletas". Actas de la Institución de Ingenieros Mecánicos, Parte D: Revista de Ingeniería Automotriz . 221 (11): 1343–1356. doi :10.1243/09544070jauto322. ISBN 978-1-4303-0861-4.S2CID109274283  .​(se requiere suscripción)
• Leif Klyve; Henry Enoksen; Gunnar Kubberød (2006). "Control total"/"Control total" (PDF) . Unión Noruega de Motociclistas. ISBN 82-92276-00-9. Archivado desde el original (PDF) el 8 de octubre de 2008.

• Equilibrio y dirección, por Tony Foale
• Full Control (versión en inglés), de Norwegian Motorcycle Union
• Experimentación física "No BS Machine"
• "La física del monociclo" 5 minutos, explica el contramanejo a partir de principios de física fundamentales, requiere Adobe Flash