Velocidad
Aquí se presentan varias soluciones. La mas exacta, pero mas costosa, sería la utilización de un sistema de GPS, en donde satelitalmente sabríamos la velocidad exacta del movil (Bicicleta). Pero aquí nos vemos bastante limitados por los costos.
Una forma mas fácil, y bastante mas económica, es la utilización de un velocímetro en la bicicleta. Es velocímetro es un instrumento que se coloca en la rueda de la bicicleta y con un sistema de imanes, toma el tiempo que demora la rueda en dar una vuelta completa. Con este dato y programándole el radio de la rueda, el velocímetro calcula la velocidad de la bicicleta.
Fuerza de Arrastre
La fuerza de arrastre la podemos medir experimentalmente. Primero que nada, sabemos que cuando la bicicleta empiece su movimiento, habran dos fuerzas que serán contrarios al movimiento de la bicicleta, la fuerza de arrastre, y las fuerzas de roce en los rodamientos de la bicicleta.
Primeramente analizaremos la fuerza al roce cinético. Sabemos que existe una capa de lubricante en los rodamientos que produce una tensión que impide el movimiento, esta tensión es de la forma:
Donde se hizo la aproximación lineal ya que el espesor es bastante bajo. La fuerza resultante seria por lo tanto:
Donde n es el numero de rodamientos. Como todas las variables menos la velocidad son constantes, se agrupan en una gran constante C1. Ahora, hay que encontrar la constante C1. Esta la encontramos experimentalmente. Lo que hacemos es con un dinamómetro medir a velocidad constante la fuerza aplicada para mover la bicicleta. Esto debe ser hecho a una velocidad bastante baja, para que la fuerza de arrastre no afecte de gran manera. C1 lo obtenemos según:
Ahora, falta encontrar una expresión para la fuerza de arrastre. Sabemos que la ecuación de la fuerza de arrastre se rige según la ecuación:
Con Cd coeficiente de arrastre, S superficie perpendicular al fluido proyecta y L largo del experimento. Como todo es constante menos v, agrupamos todo en una constante llamada C2. Lo que faltaría es encontrar C2. Hacemos lo mismo que antes, es decir, con un dinamómetro medimos experimentalmente la fuerza contraria a velocidad constante, y ahora tenemos que C2 sera:
Ahora ya tenemos C2, y tenemos una expresión general para la fuerza de arrastre en función de velocidad, que podrá ser medida experimentalmente como ya esta descrito. Cabe notar que lo mas probable es que todo se podría abreviar en un solo paso, con el solo calculo de C2 tomando como única fuerza contraria al movimiento la fuerza de arrastre, en caso de que los rodamientos estén en buenas condiciones, ya que la resistencia de estos será despreciable al lado de la resistencia al aire a una velocidad considerable.
Aunque se realizaron variadas aproximaciones en el proceso, cabe destacar que lo importante era demostrar que mientras el roce viscoso en los rodamientos depende linealmente de la velocidad, la fuerza de arrastre lo hace cuadráticamente, y con eso ya se puede calcular los coeficientes experimentalmente.
En la practica, como grupo hemos diseñado un sistema que nos ayudara a calcular la fuerza de arrastre real, con el fin de hacer comparación y mediciones experimentales al probar nuestro prototipo. El metodo consiste en un carrito, idealmente sobre un riel, el cual tendra un compartimiento en el cual se pueden incorporar masas de distinto peso.
La idea de estos es que inicialmente se hace andar el carrito a velocidad constante y con un dinamómetro medimos la fuerza necesaria para mover el carrito a esa velocidad. Las masas que esten dentro del carrito deben tener en total un peso igual al de la bicicleta. Luego se sacan las masas, y se coloca la bicicleta sobre la tapa y se vuelve a medir la fuerza ejercida para mantenerlo a velocidad constante. Como la velcidad y masa se mantuvieron constante, la fuerza de roce y de arrastre sobre el carro se mantienen, y la unica fuerza extra es la de arrastre sobre la bicicleta. Con esto medimos la fuerza de arrastre sobre la bicicleta.
Conviene de cierta manera distribuir las masas de manera similar a como quedan distribuidas las fuerzas con la bicicleta sobre el carrito.
Presión
La presion es algo complicado, ya que mientras usando teoría es bastante complicado, ya que habría que definir bien analíticamente la forma de la bicicleta y un uso de calculo bastante largo. Además, este sería un calculo solo teorico que tal vez se distancie un poco de la realidad.
La forma mas practica, sería con la utilización de barómetros electricos, colocados en los lugares que interesan, como son el frente mismo de la bicicleta en el manubrio y rueda, en los lados de la bicicleta, etc. Los tipos de barómetros que podríamos utilizar serían de los tipos Piezoelectric, Traductores de Presión Magnéticas, y sensores de presión ópticos. De estos los con mayor presición seria los con sensores opticos, por lo que tenderíamos a utilizar estos.
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