¿Por qué los vehículos con un centro de masa más alto ruedan más fácilmente considerando que tienen un momento de inercia más alto?

El momento de inercia le indica la velocidad de rotación dado un par neto. Pero en el caso de los automóviles, no nos importa qué tan rápido se vuelquen, nos importa si se vuelcan. Entonces, la pregunta no es el momento de inercia, sino el par neto. ¿Hay algo en un vehículo con un centro de masa alto que haga que sea más probable que entre en un régimen en el que no se pueden contrarrestar los torques?

Imaginemos que un automóvil gira hacia la izquierda y, en el marco de referencia giratorio del automóvil, experimenta una fuerza ficticia (centrífuga) aparentemente hacia la derecha.

El automóvil no se inclinará si el torque de$F$no exceda el torque desde el centro de masa. Así que el límite de propina es cuando

Si la masa, el ancho y las fuerzas se mantienen constantes, aumentar la altura facilita el volcado.

La situación es más fácil de entender si tomamos el caso extremo de un automóvil en movimiento donde la masa se concentra en lo alto del extremo de un brazo de palanca vertical que es largo en comparación con el ancho de vía del automóvil. En este caso, iniciamos la rodadura con un comando de dirección, digamos a la izquierda.

el automóvil comenzará a rodar hacia la derecha cuando la plataforma de la rueda del automóvil haya establecido un componente de velocidad lateral que mueva el centro de apoyo fuera del centro de masa. Cuanto más alto esté situado el centro de masa, menos fuerza en las curvas se requiere para lograr esto y más fácilmente comenzará a rodar el automóvil.

En el límite de un centro de masa muy alto y un ancho de vía muy estrecho, el sistema se comporta más como una motocicleta y el momento de inercia del vehículo sobre su eje de balanceo es pequeño en comparación con la fuerza de fricción generada en el punto de contacto de la rueda direccional con el superficie de la carretera. En este caso, un movimiento de "girar a la izquierda" de la rueda delantera inicia inmediatamente una respuesta de "girar a la derecha" de la motocicleta como un todo.

En el límite de un centro de masa muy bajo y un ancho de vía del vehículo, ocurre la condición opuesta: la adherencia de la rueda con el pavimento falla antes de que se pueda generar suficiente momento de giro para voltear el automóvil, y en lugar de volcar, se desliza hacia los lados.

Hay tres (al menos tres) problemas con un vehículo con un centro de masa alto que los hace considerablemente más propensos a volcarse que otros vehículos.

1. Dos de los principales culpables de la volcadura de un vehículo son que el vehículo choca contra un bordillo o se sale de la carretera hacia un arcén accidentado. El par que inicia el vuelco resulta de la interacción entre los neumáticos y la superficie. El par está dado por$\vec r \times \vec F$, dónde$\vec r$es el vector desde el centro de masa hasta el neumático que acaba de golpear un bordillo o se salió de la carretera. Un centro de masa más alto exacerba este par. El par es bastante bajo en vehículos con centros de masa muy bajos.

2. Se acabó el juego cuando el centro de masa gira para estar por encima de los neumáticos que provocaron el vuelco. Se necesita un gran ángulo de balanceo en el caso de un auto de carreras de F1, pero solo un pequeño ángulo de balanceo para una de esas camionetas trampa mortal en las que incluso un jugador de baloncesto puede pararse en posición vertical.

3. Cambio de carga. La preocupación anterior se exacerba cuando los pasajeros o la carga no están bien atados. Una buena fracción de los vuelcos fatales de camionetas de pasajeros ocurren porque los pasajeros no estaban usando los cinturones de seguridad. Momentum hace que esos pasajeros sin cinturón vuelen de una manera que aumenta la posibilidad de un vuelco. Dan un par adicional, exactamente de manera incorrecta, cuando golpean la pared del vehículo, y donde golpean la pared aumenta la probabilidad de que el centro de masa esté fuera de los ejes del vehículo.