Distancia de frenado

Concepto de física relacionado con los automóviles.

Distancia de parada del vehículo

  Tiempo de reacción Distancia - (3/4) segundo

  Distancia de parada del vehículo de pasajeros

  Distancia de parada de camiones pesados

La distancia de frenado se refiere a la distancia que recorrerá un vehículo desde el punto en que se aplican completamente los frenos hasta que se detiene por completo. Se ve afectado 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 al aire del vehículo . El tipo de sistema de frenos utilizado sólo afecta a camiones y vehículos de gran tamaño, 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/ciclista. Un tiempo de percepción-reacción de 1,5 segundos, ^{[2] [3] [4]} y un coeficiente de fricción cinética de 0,7 son estándar para determinar una base básica para la reconstrucción del accidente y la notificación judicial ; ^[5] la mayoría de las personas pueden dejar de fumar un poco antes en condiciones ideales.

La distancia de frenado no debe confundirse con la distancia visual de frenado . Este último 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 adelante (ACDA) ^[6] que excede una distancia de factor de seguridad que requeriría un conductor leve o casi negligente para detenerse bajo una El peor escenario probable: condiciones típicamente resbaladizas ( desaceleración de 0,35 g ^{[7] [Nota 3]} ) y un conductor que responde lentamente (2,5 segundos). ^{[8] [9]} Debido a que la distancia visual de frenado excede con creces la distancia real de frenado en la mayoría de las condiciones, un conductor capaz que utiliza toda la distancia visual de frenado, lo que resulta en lesiones, puede ser negligente al 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 luego poniendo W = E , de donde 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: ${\displaystyle \mu }$

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

Al equiparar los dos se obtiene la desaceleración :

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

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

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

Establecer y luego sustituir en la ecuación produce 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 parada

Tablas de velocidad y distancias de frenado ^[5]
Permitido con buenos neumáticos 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.

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

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

Históricamente, los expertos utilizaban un tiempo de reacción de 0,75 segundos, pero ahora incorporan la percepción, lo que da como resultado un tiempo promedio de percepción-reacción de: 1 segundo para la población como promedio; ocasionalmente una regla de los dos segundos para simular al anciano o al neófito; ^{[Nota 4]} o incluso un tiempo de reacción de 2,5 segundos, para adaptarse específicamente a conductores muy ancianos, debilitados, intoxicados o distraídos. ^[12] El coeficiente de fricción puede ser de 0,25 o menos sobre asfalto mojado o congelado, y los frenos antideslizantes y los neumáticos de rendimiento específicos de la temporada pueden compensar en cierta medida los errores y las condiciones del conductor. ^{[15] [17] [Nota 5]} En contextos legales, a menudo se utilizan valores conservadores que sugieren distancias mínimas de frenado mayores para asegurarse de exceder la carga legal de la prueba pertinente , con cuidado de no llegar a tolerar la negligencia. Así, el tiempo de reacción elegido puede relacionarse con el percentil poblacional correspondiente a la carga; generalmente un tiempo de reacción de 1 segundo es preponderantemente 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 de frenado total 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 de frenado total real, normalmente se obtendría empíricamente el coeficiente de fricción entre el material del neumático ^[18] y el lugar exacto de la carretera en las mismas condiciones y temperatura de la carretera. También medirían los tiempos de percepción y reacción de la persona. Es posible que no sea seguro conducir un conductor que tiene reflejos innatos y, por lo tanto, distancias de frenado muy inferiores a los márgenes de seguridad previstos en el diseño de la carretera o esperados por otros usuarios . ^{[19] [20] [21]} La mayoría de las carreteras antiguas no se diseñaron pensando en el conductor deficiente y, a menudo, utilizaban un estándar de tiempo de reacción extinto de 3/4 de segundo. Recientemente se han producido cambios en las normas viales para hacer que las carreteras modernas sean más accesibles para una población de conductores cada vez más envejecida. ^[22]

Para 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 de la goma (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. toma el primer dígito de la velocidad y eleva al cuadrado. Agrega un cero al resultado y luego divide 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 usando la fórmula que se proporciona 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 del segundo, es decir, la distancia recorrida en 1 segundo debería ser como máximo la distancia hasta el vehículo que circula delante. A 50 km/h esto equivale a unos 15 m. Para velocidades más altas, de hasta unos 100 km/h fuera de las zonas urbanizadas, se aplica una regla similar de los 2 segundos, lo que para 100 km/h se traduce en unos 50 m. Para velocidades del orden de 100 km/h también existe la regla más o menos equivalente de que la distancia de frenado es la velocidad dividida por 2 k/h, conocida como regla halber tacho ( la mitad del velocímetro ), por ejemplo, para 100 km/h. h la distancia de frenado debe ser de unos 50 m. Además, las escuelas de conducción 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 pensamiento más distancia de frenado) utilizadas en el Código de Carreteras 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)

Ver también

• Distancia libre asegurada por delante
• Freno
• Frenado por cadencia
• Distancia de seguimiento
• marca de derrape
• Distancia de visión de parada
• Frenado de umbral
• Métricas del vehículo
• Reconstrucción de accidentes vehiculares

Notas

1. 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. Para un camión de 10 toneladas, la fuerza necesaria para bloquear los frenos podría ser de 7 toneladas, fuerza suficiente para destruir el propio mecanismo de freno. Si bien algunos tipos de frenos en vehículos livianos son más propensos a desvanecerse 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 de la distancia de frenado ahora basada 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 del Transporte en 1998 encontró 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 energía cinética versus el 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". El Instituto de Tráfico, Universidad Northwestern. {{cite journal}}: Citar diario requiere |journal=( ayuda )
2. Taoka, George T. (marzo de 1989). "Tiempos de reacción de frenado de conductores no alertados". Revista ITE . 59 (3): 19-21. ISSN  0162-8178.
3. La Administración Nacional de Seguridad del Tráfico en Carreteras (NHTSA) utiliza 1,5 segundos para el tiempo de reacción promedio.
4. El equipo de investigación de accidentes de la Virginia Commonwealth University suele utilizar 1,5 segundos para calcular el tiempo de percepción-reacción.
5. "Tablas de velocidad y distancias de frenado". El estado de Virginia.
6. ACDA o regla de "distancia libre asegurada por delante" requiere que el conductor mantenga su vehículo bajo control para poder detenerse en la distancia en la que pueda ver claramente.
7. Programa Nacional Cooperativo de Investigación de Carreteras (1997). Informe 400 del NCHRP: Determinación de las distancias visuales de parada (PDF) . Junta de Investigación del Transporte (Prensa de la Academia Nacional). pag. I-13. ISBN 0-309-06073-7.
8. Asociación Estadounidense de Funcionarios Estatales de Carreteras y Transporte (1994) Una política sobre diseño geométrico de carreteras y calles (Capítulo 3)
9. Manual de diseño de carreteras. vol. 6ta edición. Departamento de Transporte de California. 2012. pág. 200. Consulte el Capítulo 200 sobre Distancia visual de parada y el Capítulo 405.1 sobre Distancia visual de parada.
10. Reconstrucción de accidentes de tráfico Volumen 2, Lynn B. Fricke
11. Robert J. Kosinski (septiembre de 2012). "Una revisión de la literatura sobre el tiempo de reacción". Universidad de Clemson. Archivado desde el original el 10 de octubre de 2013.
12. Una investigación de la utilidad y precisión de la tabla de velocidad 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. 2da ed. John Wiley e hijos. pag. 26.ISBN​ 9780470170380.
16. Robert Bosch GmbH (1996). Manual de automoción. vol. 4ª edición. Editores Bentley. pag. 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 la Wayback Machine.
18. Resultados de la prueba de neumáticos
19. Señales de advertencia y saber cuándo dejar de conducir Archivado el 27 de mayo de 2008 en la Wayback Machine.
20. Jevas, S; Yan, JH (2001). "El efecto del envejecimiento sobre la función cognitiva: una revisión cuantitativa preliminar". Investigación trimestral sobre ejercicio y deporte . 72 : A-49. El tiempo de reacción simple se acorta desde la infancia hasta los 20 años, luego aumenta lentamente hasta los 50 y 60 años, y luego se alarga más rápido 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 de 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 mayores". Número de publicación: FHWA-RD-01-103. Mayo de 2001.
23. Tomita, Hisao. "Coeficientes de fricción neumático-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 parada típica" (PDF) .

Lectura adicional

• B. Finberg (2010). "Aviso judicial del tiempo de reacción de los conductores y de la distancia de parada de vehículos a motor que circulan a distintas velocidades". Informes de derecho estadounidense: anotados, segunda serie . vol. 84. Compañía Editorial Cooperativa de Abogados; Bancroft-Whitney; Compañía de anotaciones de West Group. pag. 979.
• E. Campión (2008). "Admisibilidad como prueba, en la acción por negligencia automovilística, de gráficos que muestren la distancia de frenado, tiempos de reacción, etc." Informes de derecho estadounidense: anotados, tercera serie . vol. 9. Compañía Editorial Cooperativa de Abogados; Bancroft-Whitney; Compañía de anotaciones de West Group. pag. 976.
• CC Marvel (2012). "Admisibilidad de pruebas experimentales, pruebas de derrape o similares, relativas a la velocidad o al control de vehículos a motor". Informes de derecho estadounidense: anotados, segunda serie . vol. 78. Compañía Editorial Cooperativa de Abogados; Bancroft-Whitney; Compañía de anotaciones de West Group. pag. 218.
• Jerre E. Caja (2009). "Testimonio de opinión sobre la velocidad del vehículo de motor basado en marcas de derrape y otros hechos". Informes de derecho estadounidense: anotados, tercera serie . vol. 29. Compañía Editorial Cooperativa de Abogados; Bancroft-Whitney; Compañía de anotaciones de West Group. pag. 248.
• Wade R. Habeeb (2008). "Negligencia del conductor de un vehículo de motor en la forma de aplicar oportunamente los frenos adecuados". Informes de derecho estadounidense: anotados, segunda serie . vol. 72. Compañía Editorial Cooperativa de Abogados; Bancroft-Whitney; Compañía de anotaciones de West Group. pag. 6.

Enlaces externos

• Calculadora de distancia de parada del coche
• Calculadora de distancia de frenado
• Tablas de velocidad y distancias de frenado.
• Wikilibros: distancia de visión
• El Código de Circulación (en inglés)