379 Disco de Maxwell

Objetivo: conservación de la energía mecánica mediante el disco de Maxwell

El disco de Maxwell consiste en una rueda con un eje que pasa por el centro y que se puede colgar mediante un hilo. El movimiento del disco de Maxwell es similar al del yo-yo.

Podemos construir un disco de Maxwell casero con un trozo de hilo, un palito, un tapón de plástico o la tapadera de un frasco.

Se sujeta el hilo del disco en un eje y luego se enrollan los hilos en el eje. Si se suelta el disco vemos como cae girando sobre su eje. Cuando el disco alcanza el final del hilo se produce un rebote y el disco asciende girando sobre el eje.

Explicación

Al caer el disco se pierde energía potencial gravitatoria al perder altura que se transforma en energía cinética de traslación (debido al movimiento del centro de masas) y energía cinética de rotación alrededor del eje que pasa por el centro de masas.

Al llegar el disco al final del hilo la energía cinética de traslación se transforma en energía potencial elástica al deformarse el hilo una longitud inapreciable. Luego esa energía elástica se transforma en energía de traslación hacia arriba al recuperar el hilo la longitud normal y el disco comienza a ascender.

En la subida la energía cinética de traslación y de rotación del disco de Maxwell se trasforma en energía potencial gravitatoria. La perdida de energía mecánica por rozamiento impide que el disco recupere la altura inicial. El movimiento del disco continúa hasta que se pierde toda la energía por la fricción.

378 Peonza celta casera o rattleback

Para realizar nuestro experimento necesitamos una cucharilla metálica, una cuchara de plástico y un par de clips.

Una peonza celta es un utensilio que gira de una manera peculiar. Con un impulso inicial la peonza gira respecto al eje vertical que pasa por el centro de la figura pero después de unas vueltas se detiene y cambia el sentido de giro. 

Algunas peonzas tienen una dirección de giro preferente. En un sentido la peonza gira y se detiene después de unas vueltas. Pero en sentido contrario la peonza se detiene después de unas vueltas y luego gira en sentido contrario.

En el vídeo podemos ver dos ejemplos de peonza celta con materiales caseros. En los dos casos la base de la peonza celta tiene una forma elipsoidal y la masa no se distribuye uniformemente.

Explicación

Con un impulso inicial la peonza gira respecto a un eje vertical que pasa por el centro de la figura.

Después de unas vueltas la figura comienza a cabecear (oscilar hacia arriba y hacia abajo) y se produce una transferencia de energía entre el giro y el cabeceo. Al aumentar el cabeceo disminuye la velocidad de giro y la peonza termina parándose. Después se invierte el sentido del giro y el cabeceo disminuye.

Si te interesa el tema puedes profundizar en el siguiente enlace de  Francisco R.Villatoro en Naukas.

377 El aire ocupa espacio

Para realizar nuestro experimento necesitamos una botella de plástico, un embudo, un vaso con agua, un tubito de goma y pegamento (o plastilina).

Primera parte

En primer lugar colocamos el embudo en la boca de la botella y sellamos la unión del embudo y la botella con pegamento o plastilina. Es importante que la unión quede bien sellada para impedir que salga el aire de la botella.

Si dejamos caer agua por el embudo vemos que el agua se acumula en el embudo y no cae.

Segunda parte

Ahora colocamos un tubito de goma en la botella de manera que uno de los extremos salga por el embudo. Si ahra dejamos caer agua por el embudo vemos que ya no se acumula en el embudo.

Explicación

En la primera parte del experimento el aire atrapado en el interior de la botella impide que caiga el agua. La poco compresibilidad del aire encerrado en la botella no deja espacio para el agua que cae. La botella no está vacía, está llena de aire que es materia, tiene masa, ejerce presión y ocupa un lugar,

En la segunda parte del experimento el tubito de goma permite que salga el aire atrapado en la botella. El espacio liberado por el aire que sale es ocupado por el agua que cae por el embudo.