La respuesta breve a esto es "porque el centro de masa de una bicicleta está alto", y especialmente está alto en comparación con un coche, donde a menudo las ruedas delanteras puede resbalón.
Para ver cómo funciona esto, consideremos un modelo muy simplificado de una bicicleta: supongamos que la estructura de la bicicleta es ligera en comparación con su conductor, y representemos a su conductor como una masa puntual (véase más adelante por qué esto funciona incluso cuando no es cierto). Y vamos a estar interesados en el momento en que la rueda trasera se levanta, así que podemos ignorar completamente la rueda trasera y concentrarnos sólo en la rueda delantera, y específicamente en el punto en el que la rueda delantera toca la carretera. Así que el sistema es algo así:
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Así que, toma, $c$ es el punto en el que el neumático delantero toca la carretera, $m$ es el jinete, y las distancias horizontal y vertical entre $c$ y $m$ son $l$ & $h$ respectivamente. Y la moto desacelera a $a$ . Y he dibujado las fuerzas ejercidas por la rueda delantera sobre la carretera en $c$ (recuerde que la rueda trasera, por supuesto, sólo se levanta, por lo que se puede ignorar: no está ejerciendo ninguna fuerza sobre nada).
De momento, supongamos que el coeficiente de rozamiento entre la rueda delantera y la carretera es lo suficientemente alto como para que la rueda no resbale y calculemos el punto en el que la bicicleta empieza a dar tumbos sobre la rueda delantera: esto nos dirá el valor máximo posible de $a$ Por muy pegajosa que sea la rueda delantera.
Es bastante fácil ver que la fuerza en $m$ tiene dos componentes: un componente vertical que es $-mg$ , donde $g$ es la aceleración debida a la gravedad, y una componente horizontal que es $ma$ , donde $a$ es la aceleración horizontal. Y la moto dará un vuelco cuando este vector apunte por encima de la rueda delantera. Pues bien, con sólo dibujar los componentes adecuados se puede ver que esto es cierto cuando
$$\frac{ma}{mg} \gt \frac{l}{h}$$
o lo que es lo mismo, para la moto no para dar vueltas
$$a \le \frac{lg}{h}$$
o
$$a_\text{max} = \frac{lg}{h} \tag{1}$$
Puedes convencerte de que esto es correcto: una moto muy alta ( $h \gg l$ ) se volcará con mucha facilidad, y una bicicleta completamente plana ( $h \ll l$ ) casi nunca dará tumbos. Y una bicicleta en gravedad muy baja dará tumbos más fácilmente que una en gravedad alta. Así que (1) nos dice cómo de grande $a$ puede ser, Sin embargo, pegado a la rueda delantera es.
Consideremos ahora el coeficiente de fricción en la rueda delantera. El coeficiente de fricción, $\mu$ se define como la fuerza con la que la rueda intenta deslizarse a lo largo de la carretera y la fuerza con la que se presiona sobre la carretera, en el punto en el que la rueda acaba de deslizarse. Así que es obvio que,
$$\mu = \frac{ma_\text{slip}}{mg} = \frac{a_\text{slip}}{g}$$
donde $a_\text{slip}$ es el punto en el que la rueda se desliza. En otras palabras
$$a_\text{slip} = \mu g \tag{2}$$
Y ahora podemos usar (1) y (2) para darnos la respuesta que buscamos: la moto dará vueltas antes de derrapar si $a_\text{slip} \gt a_\text{max}$ En otras palabras, si
$$\mu \gt \frac{l}{h}$$
Y ahora puedes ver el problema aquí: las bicicletas son más bien cortas y más bien altas, así que $l/h$ tiende a ser más bien pequeño, lo que significa que la moto dará vueltas sobre la rueda delantera con un valor crítico más bajo de $\mu$ . Y los neumáticos modernos en carreteras secas tienen valores de $\mu$ que puede estar bastante cerca de $1$ (Creo que $0.8$ a $0.9$ es plausible), mientras que $l/h$ suele ser significativamente menor que $1$ .
Por eso las motos dan vueltas antes de derrapar.
Esta aproximación puede utilizarse incluso si la moto (u otro vehículo) no es ligero en comparación con el conductor: sólo hay que calcular dónde está el centro de masa del vehículo y utilizarlo. En el caso de los vehículos con suspensión (algunas motos la tienen, por supuesto, e incluso en las que no la tienen las horquillas se desvían al frenar) hay que tener en cuenta también el cambio de geometría al frenar.
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¿Se refiere a la deriva (como patinar hacia fuera en una curva "11. un derrape controlado de las cuatro ruedas, utilizado por los pilotos de carreras para tomar las curvas a gran velocidad" (Collins) ) o simplemente derrapar en el avance?
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He conseguido derrapar la rueda delantera (sin chocar) pero sólo en una línea recta, sobre hojas mojadas en el asfalto. Cualquier forma de deslizamiento lateral de la rueda delantera (mientras se frena) es probable que sea dolorosa, y las motos nunca permanecen rectas durante mucho tiempo (hay otra pregunta en eso). También he derrapado la rueda delantera en las curvas (con o sin frenada) y siempre me he dado un buen golpe contra la carretera.
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El derrape de la rueda delantera se produce con bastante facilidad en la nieve profunda y blanda. También es más fácil de manejar que en carretera mojada, porque aunque la rueda deje de girar sigue funcionando como un esquí, conservando cierto control :)
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Esto se aplica a todos los vehículos. En los coches, como no se pueden controlar los frenos delanteros y traseros por separado, se diseña de forma que los frenos delanteros se apliquen con mayor fuerza que los traseros para garantizar que todas las ruedas pierdan adherencia y patinen aproximadamente con la misma presión de frenado. Los ingenieros utilizan el término brake bias para describir esto.
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Nunca he visto patinar la rueda delantera de una moto. agarra un buen puño del freno delantero mientras conduces sobre grava, hielo, metal mojado o cualquier otra superficie con fricción disminuida, y tu historia cambiará abruptamente.. Recomiendo no circular utilizando el freno delantero como si fuera imposible bloquear la rueda delantera, si quieres evitar lesiones..
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Aunque siempre es más fácil derrapar con la rueda trasera, no es difícil derrapar con la delantera, a menudo con graves consecuencias, ya que en los derrapes se suele perder el control de la dirección. Seguramente, hay más personas que se lesionan por un derrape de la rueda delantera, lo que puede ser difícil en una superficie seca, pero prueba con una superficie resbaladiza, con grava o con hielo.
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Te aseguro que es muy fácil que la rueda delantera patine. El peso (fuerza vectorial) se reduce mucho cuando se intenta sujetar en una pendiente pronunciada. También he dejado caer unas cuantas motos sobre placas de acero, slicks de aceite y neumáticos nuevos (menos fricción).
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Posiblemente el hecho de que se tenga mucho más cuidado cuando se usa el freno delantero que cuando se usa el trasero (para evitar pasar por encima del manillar).
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También hay que tener en cuenta que no es tan difícil derrapar con las dos ruedas. (No es la pregunta, pero sigue siendo interesante).
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@Sean: para evitar pasar por encima del manillar, tienes que asegurarte de que tus brazos soportan la fuerza adicional (el peso) cuando frenas con fuerza. De lo contrario, no desaceleras tanto como la moto y en consecuencia, la moto se queda atrás. Ten en cuenta que esto puede ocurrir mucho antes de que la rueda delantera se acerque a bloquear, y no hay que levantar la rueda trasera del suelo. Con unos frenos decentes y unas condiciones de la carretera no tan perfectas (húmeda, arcillosa, con grava, con hierba, ...) es bastante fácil llegar a este punto. Además, a no ser que esto ocurra en una curva, normalmente no pasa nada malo: la moto sólo patina un poco hacia delante.
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"¿Qué hace que la rueda delantera se comporte como si tuviera más fricción/agarre con el suelo?" -- es hace tienen más fricción porque tus pesos y los de la moto se desplazan hacia la rueda delantera al frenar (lo que BTW también "ayuda" a reducir la fricción con la rueda trasera al frenar atrás).