Distancia de frenado

Concepto de física relacionado con los automóviles.

Distancia de frenado del vehículo

  Tiempo de reacción Distancia - (3/4) segundo

  Distancia de frenado del vehículo de pasajeros

  Distancia de frenado de camiones pesados

La distancia de frenado se refiere a la distancia que recorre un vehículo desde el punto en que se aplican completamente los frenos hasta que se detiene por completo. Se ve afectada principalmente por la velocidad original del vehículo y el coeficiente de fricción entre los neumáticos y la superficie de la carretera ^{[Nota 1] y, de manera insignificante, por la} resistencia a la rodadura de los neumáticos y la resistencia aerodinámica del vehículo . El tipo de sistema de frenos en uso solo afecta a los camiones y vehículos de gran masa, que no pueden proporcionar suficiente fuerza para igualar la fuerza de fricción estática ^{[1] [Nota 2]}

La distancia de frenado es uno de los dos componentes principales de la distancia total de frenado . El otro componente es la distancia de reacción, que es el producto de la velocidad y el tiempo de percepción-reacción del conductor/motociclista. Un tiempo de percepción-reacción de 1,5 segundos, ^{[2] [3] [4]} y un coeficiente de fricción cinética de 0,7 son estándares para determinar una línea de base para la reconstrucción de accidentes y la notificación judicial ; ^[5] la mayoría de las personas pueden detenerse un poco antes en condiciones ideales.

La distancia de frenado no debe confundirse con la distancia visual de parada . Esta última es un estándar de visibilidad de alineación de la carretera que proporciona a los automovilistas que conducen a la velocidad de diseño o por debajo de ella una distancia libre asegurada por delante (ACDA) ^[6] que excede una distancia de factor de seguridad que requeriría un conductor ligeramente o casi negligente para detenerse en el peor escenario posible: condiciones típicamente resbaladizas ( desaceleración 0,35 g ^{[7] [Nota 3]} ) y un conductor de respuesta lenta (2,5 segundos). ^{[8] [9]} Debido a que la distancia visual de parada excede por mucho la distancia de parada real en la mayoría de las condiciones, un conductor capaz que use la distancia visual de parada completa, lo que resulta en lesiones, puede ser negligente por no detenerse antes.

Derivación

Ecuación de energía

La distancia de frenado teórica se puede encontrar determinando el trabajo necesario para disipar la energía cinética del vehículo . ^[10]

La energía cinética E viene dada por la fórmula:

${\displaystyle E={\frac {1}{2}}mv^{2}}$,

donde m es la masa del vehículo y v es la velocidad al inicio del frenado.

El trabajo W realizado al frenar viene dado por:

${\displaystyle W=\mu mgd}$,

donde μ es el coeficiente de fricción entre la superficie de la carretera y los neumáticos, g es la gravedad de la Tierra y d es la distancia recorrida.

La distancia de frenado (que comúnmente se mide como la longitud del derrape) dada una velocidad de conducción inicial v se encuentra entonces poniendo W = E , de lo cual se deduce que

${\displaystyle d={\frac {v^{2}}{2\mu g}}}$.

La velocidad máxima dada una distancia de frenado disponible d viene dada por:

${\displaystyle v={\sqrt {2\mu gd}}}$.

Ley de Newton y ecuación de movimiento

De la segunda ley de Newton :

${\displaystyle F=ma}$

Para una superficie nivelada, la fuerza de fricción resultante del coeficiente de fricción es: ${\displaystyle \mu }$

${\displaystyle F_{frict}=-\mu mg}$

Igualando ambos obtenemos la desaceleración :

${\displaystyle a=-\mu g}$

La forma de las fórmulas para la aceleración constante es: ${\displaystyle d_{f}(d_{i},v_{i},v_{f})}$

${\displaystyle d_{f}=d_{i}+{\frac {v_{f}^{2}-v_{i}^{2}}{2a}}}$

Al establecer y luego sustituir en la ecuación se obtiene la distancia de frenado: ${\displaystyle d_{i},v_{f}=0}$ ${\displaystyle a}$

${\displaystyle d_{f}={\frac {-v_{i}^{2}}{2a}}={\frac {v_{i}^{2}}{2\mu g}}}$

Distancia total de frenado

Tablas de velocidades y distancias de frenado ^[5]
Permitidas por neumáticos en buen estado y pavimento limpio, seco y nivelado.

La distancia total de frenado es la suma de la distancia de percepción-reacción y la distancia de frenado.

${\displaystyle D_{total}=D_{p-r}+D_{braking}=vt_{p-r}+{\frac {v^{2}}{2\mu g}}}$

En los gráficos de distancia de frenado se utiliza un valor de referencia común . Estos valores incorporan la capacidad de la gran mayoría de los conductores en condiciones normales de la carretera. ^[2] Sin embargo, un conductor atento y alerta puede tener tiempos de percepción-reacción muy por debajo de 1 segundo, ^[11] y un coche moderno con frenos anti-deslizamiento computarizados puede tener un coeficiente de fricción de 0,9 o incluso superar con creces 1,0 con neumáticos pegajosos. ^{[12] [13] [14] [15] [16]} ${\displaystyle t_{p-r}=1.5s,\mu =0.7}$

Los expertos históricamente usaban un tiempo de reacción de 0,75 segundos, pero ahora incorporan la percepción, lo que resulta en un tiempo de percepción-reacción promedio de: 1 segundo para la población como promedio; ocasionalmente una regla de dos segundos para simular a los ancianos o neófitos; ^{[Nota 4]} o incluso un tiempo de reacción de 2,5 segundos, para acomodar específicamente a los conductores muy ancianos, debilitados, intoxicados o distraídos. ^[12] El coeficiente de fricción puede ser de 0,25 o menor en asfalto mojado o congelado, y los frenos antideslizantes y los neumáticos de rendimiento específico para la temporada pueden compensar en cierta medida el error y las condiciones del conductor. ^{[15] [17] [Nota 5]} En contextos legales, a menudo se utilizan valores conservadores que sugieren mayores distancias mínimas de frenado para asegurarse de exceder la carga legal pertinente de la prueba , con cuidado de no llegar tan lejos como para condonar la negligencia. Por lo tanto, el tiempo de reacción elegido puede relacionarse con el percentil de población correspondiente a la carga; En general, un tiempo de reacción de 1 segundo es más probable que no , 1,5 segundos es claro y convincente , y 2,5 segundos está más allá de toda duda razonable . El mismo principio se aplica a los valores del coeficiente de fricción.

Distancia de frenado total real

La distancia total de frenado real puede diferir del valor de referencia cuando las condiciones de la carretera o de los neumáticos son sustancialmente diferentes de las condiciones de referencia, o cuando la función cognitiva del conductor es superior o deficiente. Para determinar la distancia total de frenado real, normalmente se obtendría empíricamente el coeficiente de fricción entre el material del neumático ^[18] y el punto exacto de la carretera en las mismas condiciones de la carretera y la temperatura. También se medirían la percepción y los tiempos de reacción de la persona. Un conductor que tiene reflejos innatos, y por lo tanto distancias de frenado, que están muy por debajo de los márgenes de seguridad previstos en el diseño de la carretera o esperados por otros usuarios , puede no ser seguro para conducir. ^{[19] [20] [21]} La mayoría de las carreteras antiguas no se diseñaron teniendo en cuenta al conductor deficiente, y a menudo utilizaban un estándar de tiempo de reacción obsoleto de 3/4 de segundo. Ha habido cambios recientes en los estándares de carreteras para hacer que las carreteras modernas sean más accesibles a una población de conductores cada vez más envejecida. ^[22]

En el caso de los neumáticos de caucho de los automóviles, el coeficiente de fricción ( μ ) disminuye a medida que aumenta la masa del automóvil. Además, μ depende de si las ruedas están bloqueadas o rodando durante el frenado y de algunos parámetros más, como la temperatura del caucho (que aumenta durante el frenado) y la velocidad. ^[23]

Reglas generales

En un país sin sistema métrico , la distancia de frenado en pies dada una velocidad en MPH se puede aproximar de la siguiente manera:

1. Tome el primer dígito de la velocidad y elévelo al cuadrado. Agregue un cero al resultado y luego divida por 2.
2. Suma el resultado anterior al doble de la velocidad.

Ejemplo: velocidad = 50 MPH. distancia de frenado = 5 al cuadrado = 25, agregue un cero = 250, divida por 2 = 125, sume 2*50 = 225 pies (el valor exacto se puede calcular utilizando la fórmula que se encuentra debajo del diagrama de la derecha).

En Alemania, la regla general para la distancia de frenado en una ciudad en buenas condiciones es la regla de 1 segundo, es decir, la distancia recorrida en 1 segundo debe ser como máximo la distancia al vehículo que circula delante. A 50 km/h, esto corresponde a unos 15 m. Para velocidades superiores de hasta unos 100 km/h fuera de las zonas urbanas, se aplica una regla similar de 2 segundos, que para 100 km/h se traduce en unos 50 m. Para velocidades del orden de 100 km/h, también existe una regla más o menos equivalente según la cual la distancia de frenado es la velocidad dividida por 2 km/h, conocida como regla del halbertacho ( la mitad del velocímetro ), por ejemplo, para 100 km/h, la distancia de frenado debe ser de unos 50 m. Además, las autoescuelas alemanas enseñan a sus alumnos que la distancia total de frenado suele ser:

${\displaystyle (Speed\div 10)\times 3+(Speed\div 10)^{2}}$

En el Reino Unido , las distancias de frenado totales típicas (distancia de reflexión más distancia de frenado) utilizadas en el Código de circulación se citan en la Regla 126 como: ^[24]

• 20 mph: 40 pies (12 metros)
• 30 mph: 75 pies (23 metros)
• 40 mph: 118 pies (36 metros)
• 50 mph: 175 pies (53 metros)
• 60 mph: 240 pies (73 metros)
• 70 mph: 315 pies (96 metros)

Véase también

• Distancia libre asegurada por delante
• Freno
• Frenado de cadencia
• Distancia de seguimiento
• Marca de derrape
• Distancia de visibilidad de frenado
• Frenado de umbral
• Métricas del vehículo
• Reconstrucción de accidentes vehiculares

Notas

1. El coeficiente de fricción promedio (µ) está relacionado con la clasificación de desgaste de la banda de rodadura del neumático mediante la siguiente fórmula: Consulte HPwizard sobre fricción de neumáticos ${\displaystyle \mu ={\frac {2.25}{TW^{0.15}}}}$
2. El coeficiente de fricción es la relación entre la fuerza necesaria para mover un cuerpo horizontalmente sobre otro a una velocidad constante y el peso del cuerpo. En el caso de un camión de 10 toneladas, la fuerza necesaria para bloquear los frenos podría ser de 7 toneladas, lo que es suficiente para destruir el mecanismo de freno en sí. Si bien algunos tipos de frenos en vehículos livianos son más propensos a debilitarse después de un uso prolongado o a recuperarse más rápidamente después de una inmersión en agua, todos deberían poder bloquear las ruedas.
3. EL LIBRO VERDE DE 2001 revisó la parte de la ecuación que corresponde a la distancia de frenado y que ahora se basa en la desaceleración (a) en lugar del factor de fricción (f), según la recomendación del Informe 400 del NCHRP
4. Un estudio realizado por la Junta de Investigación de Transporte en 1998 descubrió que la mayoría de las personas pueden percibir y reaccionar ante una condición inesperada de la carretera en 2 segundos o menos.
5. A medida que aumenta la velocidad, la distancia de frenado es inicialmente mucho menor que la distancia de percepción-reacción, pero luego la iguala y luego la supera rápidamente después de 30 MPH durante 1 segundo pt veces (46 MPH durante 1,5 s pt veces): por lo tanto . Resolviendo para v, . Esto se debe a la naturaleza cuadrática del aumento de la energía cinética frente al efecto lineal de un tiempo pr constante. ${\displaystyle D_{p-r}=D_{braking}}$ ${\displaystyle vt_{p-r}={\frac {v^{2}}{2\mu g}}}$ ${\displaystyle v=2\mu gt_{p-r}}$

Referencias

1. Fricke, L. (1990). "Reconstrucción de accidentes de tráfico: Volumen 2 del Manual de investigación de accidentes de tráfico". Instituto de Tráfico, Universidad Northwestern. {{cite journal}}: Requiere citar revista |journal=( ayuda )
2. Taoka, George T. (marzo de 1989). "Tiempos de reacción al frenado de conductores desprevenidos". ITE Journal . 59 (3): 19–21. ISSN  0162-8178.
3. La Administración Nacional de Seguridad del Tráfico en las Carreteras (NHTSA) utiliza 1,5 segundos para el tiempo de reacción promedio.
4. El equipo de investigación de accidentes de la Universidad Commonwealth de Virginia normalmente utiliza 1,5 segundos para calcular el tiempo de percepción-reacción.
5. "Tablas de velocidad y distancias de frenado". El estado de Virginia.
6. La regla ACDA o de "distancia libre asegurada adelante" requiere que el conductor mantenga su vehículo bajo control para poder detenerse en la distancia en la que pueda ver claramente.
7. Programa Nacional de Investigación Cooperativa de Carreteras (1997). Informe NCHRP 400: Determinación de las distancias visuales de frenado (PDF) . Junta de Investigación del Transporte (National Academy Press). pág. I-13. ISBN 0-309-06073-7.
8. Asociación Estadounidense de Funcionarios de Carreteras y Transporte Estatales (1994) Una política sobre diseño geométrico de carreteras y calles (Capítulo 3)
9. Manual de diseño de carreteras. Vol. 6.ª ed. Departamento de Transporte de California. 2012. pág. 200. Consulte el Capítulo 200 sobre la distancia de visibilidad de frenado y el Capítulo 405.1 sobre la distancia de visibilidad.
10. Reconstrucción de accidentes de tráfico, volumen 2, Lynn B. Fricke
11. Robert J. Kosinski (septiembre de 2012). "Una revisión bibliográfica sobre el tiempo de reacción". Universidad de Clemson. Archivado desde el original el 10 de octubre de 2013.
12. Una investigación sobre la utilidad y precisión de la tabla de velocidades y distancias de frenado Archivado el 27 de septiembre de 2012 en Wayback Machine .
13. Coeficientes de fricción y resistencia a la rodadura de los neumáticos
14. EL DIAGRAMA GG: los neumáticos pegajosos superan 1.0
15. JY Wong (1993). Teoría de los vehículos terrestres. Vol. 2.ª ed. John Wiley & Sons. pág. 26. ISBN 9780470170380.
16. Robert Bosch GmbH (1996). Manual de automoción. Vol. 4.ª ed. Bentley Publishers. pág. 335. ISBN 9780837603339.
17. Coeficientes de fricción para algunos materiales comunes y combinaciones de materiales y tablas de referencia -- Coeficiente de fricción Archivado el 8 de marzo de 2009 en Wayback Machine
18. Resultados de la prueba de neumáticos
19. Señales de advertencia y cómo saber cuándo dejar de conducir Archivado el 27 de mayo de 2008 en Wayback Machine.
20. Jevas, S; Yan, JH (2001). "El efecto del envejecimiento en la función cognitiva: una revisión cuantitativa preliminar". Research Quarterly for Exercise and Sport . 72 : A-49. El tiempo de reacción simple se acorta desde la infancia hasta finales de los 20 años, luego aumenta lentamente hasta los 50 y 60 años, y luego se alarga más rápidamente a medida que la persona llega a los 70 años y más.
21. Der, G.; Deary, IJ (2006). "Diferencias de edad y sexo en el tiempo de reacción en la edad adulta: resultados de la encuesta sobre salud y estilo de vida del Reino Unido". Psicología y envejecimiento . 21 (1): 62–73. doi :10.1037/0882-7974.21.1.62. PMID  16594792.
22. "Manual de diseño de carreteras para conductores y peatones de edad avanzada". Número de publicación: FHWA-RD-01-103. Mayo de 2001.
23. Tomita, Hisao. "Coeficientes de fricción entre neumáticos y pavimento" (PDF) . Centro de Información Técnica de Defensa . Laboratorio de Ingeniería Civil Naval. Archivado desde el original (PDF) el 14 de junio de 2015. Consultado el 12 de junio de 2015 .
24. "Distancia de frenado típica" (PDF) .

Lectura adicional

• B. Finberg (2010). "Aviso judicial sobre el tiempo de reacción de los conductores y la distancia de frenado de los vehículos de motor que circulan a distintas velocidades". American Law Reports--Annotated, 2nd Series . Vol. 84. The Lawyers Co-operative Publishing Company; Bancroft-Whitney; West Group Annotation Company. pág. 979.
• E. Campion (2008). "Admisibilidad como prueba, en una acción por negligencia en el tráfico, de gráficos que muestran la distancia de frenado, los tiempos de reacción, etc." American Law Reports--Annotated, 3rd Series . Vol. 9. The Lawyers Co-operative Publishing Company; Bancroft-Whitney; West Group Annotation Company. pág. 976.
• CC Marvel (2012). "Admisibilidad de pruebas experimentales, pruebas de derrape o similares, relacionadas con la velocidad o el control de vehículos de motor". American Law Reports--Annotated, 2nd Series . Vol. 78. The Lawyers Co-operative Publishing Company; Bancroft-Whitney; West Group Annotation Company. pág. 218.
• Jerre E. Box (2009). "Testimonio de opinión sobre la velocidad del vehículo de motor en función de las marcas de derrape y otros hechos". American Law Reports--Annotated, 3rd Series . Vol. 29. The Lawyers Co-operative Publishing Company; Bancroft-Whitney; West Group Annotation Company. pág. 248.
• Wade R. Habeeb (2008). "Negligencia del conductor de un vehículo de motor en lo que respecta a la manera de aplicar los frenos en el momento adecuado". American Law Reports--Annotated, 2nd Series . Vol. 72. The Lawyers Co-operative Publishing Company; Bancroft-Whitney; West Group Annotation Company. pág. 6.

Enlaces externos

• Calculadora de distancia de frenado del automóvil
• Calculadora de distancia de frenado
• Tablas de velocidad y distancias de frenado
• Wikilibros: Distancia visual
• El código de circulación (en inglés)