408 Vibracion y ondas en una copa

Para realizar nuestro experimento necesitamos una copa, un guante de látex, un par de gomas elásticas, pimienta molida y un lápiz.

Colocamos el guante de látex sobre la copa y lo sujetamos con las gomas elásticas procurando que quede una superficie lisa y muy tensa (algo parecido a la membrana de un tambor). Luego dejamos caer pimienta molida sobre el guante Por último frotamos con un lápiz el borde de la copa procurando que no se rompa el guante. Vemos que la pimienta vibra y forma curiosas figuras.

Explicación
Al frotar repetidamente el borde de la copa con el lápiz, ésta vibra y se forma una onda estacionaria sobre el guante. Las ondas estacionarias se caracterizan por la existencia de zonas donde la vibración es alta (los vientres) y zonas donde la vibración es baja o nula (los nodos). Los granos de pimienta molida se acumulan en las regiones nodales formando diversas figuras.

300 Ingravidez aparente

Para realizar nuestro experimento necesitamos una copa y una bola pequeña.

Procedimiento

Deja una bola pequeña en una superficie horizontal.

Coloca encima de la bola una copa boca abajo.

Sujeta la copa por la base y haz girar velozmente la copa.

Levanta la copa cuando la bola empieza a girar en el interior de la copa

Vemos que la bola sube por las paredes de la copa y continúa girando sin caerse. 

Explicación

Cuando la bola gira rápidamente en el interior de la copa tiende a alejarse hacia el exterior por la fuerza centrífuga. Centrífuga quiere decir que “huye del centro”.  En realidad la fuerza centrífuga no es una verdadera fuerza y sus efectos son causados por la inercia, es decir, la tendencia del objeto que se mueve a conservar la dirección y la velocidad de su movimiento

Si la bola gira con la suficiente velocidad es capaz de subir por las paredes de la copa logrando un estado de  ingravidez o peso aparente cero. 

268 La copa que vibra y suena

Para realizar nuestro experimento necesitamos una copa de cristal, agua, una bolita de corcho y un trozo de hilo.

Procedimiento

Llenamos la copa de cristal con agua (la mitad es suficiente)

Atamos la bolita de corcho con un trozo de hilo y sujetamos el extremo libre del hilo a un soporte vertical de manera que la bolita toque el lateral de la copa.

Nos mojamos un dedo con agua y frotamos el borde de la copa de cristal muy suavemente y despacio.

Al poco tiempo la copa emite un sonido y la bolita vibra golpeando la copa repetidamente.

Explicación

Al frotar repetidamente el borde de la copa de cristal con el dedo, ésta entra en resonancia.
La resonancia es un fenómeno físico que se produce cuando un cuerpo capaz de vibrar es sometido a la acción de una fuerza periódica, cuyo periodo de vibración coincide con el periodo de vibración característico de dicho cuerpo. En estas circunstancias el cuerpo vibra, aumentando de forma progresiva la amplitud de las vibraciones tras cada una de las actuaciones sucesivas de la fuerza.

La copa vibra con una frecuencia determinada y suena con un tono definido. Si se añade más agua a la copa el tono emitido se hace más grave. 

La bolita de corcho es muy ligera y, en contacto con la copa de cristal, vibra. y entra en resonancia aumentando la amplitud de las oscilaciones.

194 Jugando con una copa y una carta

Para realizar nuestro experimento necesitamos una copa, agua, una carta, un trozo de hilo, aguja y cera o pegamento.

Primera parte 
Llenamos la copa con agua hasta el borde, cubrimos la copa con una carta y, sujetando la carta con la mano, colocamos la copa boca abajo. Si soltamos la carta no caerá ni se derramará el agua.

Segunda parte 
Con ayuda de la aguja atravesamos la carta con un trozo de hilo, anudando uno de los lados del hilo y pegando el nudo a la carta con cera o pegamento. Luego llenamos la copa con agua hasta el borde, cubrimos la copa con la carta y, sujetando la carta con la mano, colocamos la copa boca abajo. Por último, ponemos la copa boca arriba y la dejamos sobre la mesa.
Tirando del hilo suavemente podemos desplazar la carta y la copa sobre la superficie. Incluso podemos levantar la copa de la mesa.

Explicación clásica
Al colocar la copa boca abajo actúan sobre la carta dos fuerzas (despreciando el propio peso de la carta): 1 El peso del agua atrapado en la copa empuja la carta hacia abajo. 2 La fuerza correspondiente a la presión atmosférica que actúa sobre la superficie de la carta empuja la carta hacia arriba. La fuerza correspondiente a la presión atmosférica es superior y la carta queda pegada al borde de la copa.

Explicación alternativa
Al colocar la carta sobre la copa llena de agua dejamos una pequeña capa de aire atrapada bajo la carta. Al colocar la copa boca abajo el peso del agua deforma un poco la carta, aumentado el volumen libre  disponible para el aire atrapado en la copa. Al aumentar el volumen disminuye la presión del aire en el interior de la copa. Ahora las fuerzas que actúan sobre la carta son: 1 El peso del agua atrapado en la copa que empuja hacia abajo. 2 La fuerza correspondiente a la presión del aire atrapado en el interior de la copa que empuja hacia abajo. 3 Y la fuerza correspondiente a la presión atmosférica exterior que empuja hacia arriba. La diferencia entre las fuerzas es muy pequeña y con una pequeña fuerza hacia abajo podemos separar la carta de la copa.

Respecto a la segunda parte del experimento, la carta permanece pegada al borde de la copa por la tensión superficial de la capa de agua que está atrapada entre el borde de la copa y la carta. Si el borde de la copa está seco la carta no se pega a la copa.

Encontré la explicación alternativa en "La Ciencia a tu alcance II"

181 Entretenimiento con dos copas

Para realizar nuestro experimento necesitamos dos copas idénticas, una bandeja, una carta de una baraja (o una tarjeta) , agua y vino.

Primera parte

En primer lugar se deja sobre la bandeja una copa llena de agua. Luego se llena de agua la otra copa y se coloca encima una carta. Con cuidado se pone la segunda copa boca abajo, de manera que la carta queda pegada a la copa impidiendo que caiga el líquido. Dicha copa se superpone así invertida a la primera y, por último, se retira con cuidado la tarjeta de manera que las dos copas coincidan sin que se derrame el líquido.

Segunda parte

Se desliza un poco el borde de la copa superior respecto a la inferior, de manera que queda entre las copas una pequeña abertura. Cuidado que no se derrame el agua de la copa superior. Luego se deja caer vino sobre el pie de la copa superior. Se observa que el líquido cae por las paredes de la copa superior y, al llegar a la separación de las dos copas, penetra por la abertura y asciende ocupando la copa superior.

Explicación
Respecto a la primera parte del experimento, la presión atmosférica ejerce una fuerza sobre la tarjeta impidiendo que se derrame el agua al colocar la copa boca abajo.

Respecto a la segunda parte del experimento, el agua y el vino son líquidos miscibles (se pueden mezclar), pero la densidad del vino es menor y por este motivo ocupa la copa superior desalojando el agua.

164 Resonancia con dos copas (II)

Para realizar nuestro experimento necesitamos un par de copas de cristal con agua, un par de cañitas de refresco y unos trozos de espaguetis.

En primer lugar colocamos las dos copas con muy juntas sin tocarse. Las dos copas contienen la misma cantidad de agua.
Luego ponemos encima de una de las copas unos trozos de espaguetis o un trozo de cañita de refresco. Por último, nos mojamos uno de los dedos con agua y frotamos el borde de la otra copa. En unos segundos las dos copas vibran.

Explicación
Al frotar repetidamente el borde de una copa de cristal, ésta vibra emitiendo un sonido que depende de la cantidad de agua que contenga la copa. La segunda copa vibra por resonancia.

Se puede apreciar mejor la vibración de la segunda copa si colocamos encima algún objeto muy ligero que vibre con la copa. Por ejemplo unos trozos de espaguetis o un trozo de una cañita de refresco.

163 Resonancia con dos copas y arena

Para realizar nuestro experimento necesitamos dos copas de cristal, agua, una hoja de papel y arena de playa limpia y seca.

En primer lugar colocamos las dos copas muy juntas (sin llegar a tocarse), añadimos agua en una de las copas y colocamos un trozo de papel encima de la otra copa. Luego dejamos caer un poco de arena en la hoja de papel. Por último, nos mojamos uno de los dedos con agua y frotamos el borde de la copa que tiene agua. En unos segundos la copa vibra emitiendo un sonido y los granos de arena de la otra copa vibran formando curiosas figuras

Explicación
Al frotar repetidamente el borde de una copa de cristal, ésta vibra emitiendo un sonido que depende de la cantidad de agua que contenga la copa. La segunda copa vibra por resonancia.

Al vibrar la hoja de papel colocada sobre la segunda copa se forma una onda estacionaria.
Las ondas estacionarias se caracterizan por la existencia de zonas donde la vibración es alta (los vientres) y zonas donde la vibración es baja o nula (los nodos).
Los granos de arena se acumulan en las regiones nodales formando diversas figuras (los modos de vibración de las ondas estacionarias)

116 Una forma muy curiosa de trasvasar líquidos

Para realizar nuestro experimento necesitamos un par de copas pequeñas, agua, aceite y una carta de una baraja de cartas.

1 Llenamos una copa con agua y la otra con aceite.

2 Colocamos la carta sobre la copa llena de agua y luego, sujetando la carta con cuidado, colocamos la copa boca abajo. Si soltamos la carta permanecerá “pegada” a la copa sin caer.
La presión atmosférica sobre la carta impide que caiga y se derrame el agua.

3 Luego colocamos la copa llena de agua sobre la copa llena de aceite.

4 Si retiramos la carta con mucho cuidado podemos trasvasar el aceite desde la copa inferior a la copa superior sin derramar nada. El aceite, menos denso, se coloca sobre el agua ocupando totalmente la copa superior y el agua ocupa la copa inferior.

5 Si volvemos a colocar con cuidado la carta entre las dos copas podemos retirar la copa superior con el aceite sin que se derrame.

115 Una copa que no rebosa

Llenamos una copa con agua hasta el borde. ¿Cuántas monedas caben en la copa llena de agua sin que rebose?

Si las monedas son pequeñas podemos meter unas 30 monedas sin que rebose el agua de la copa.

Explicación
Primero tomamos un vaso pequeño y lo llenamos de agua hasta el mismo borde. Luego añadimos más agua con mucho cuidado (mejor con un cuentagotas). Podemos ver que el agua forma una prominencia que sobresale del borde del vaso sin caer. Esta prominencia es pequeña pero tiene un volumen apreciable.

La tensión superficial en la superficie del agua actúa como una membrana que impide que se desborde el agua que sobresale de la copa. La tensión superficial tiene su origen en las fuerzas de atracción entre las moléculas de agua.

En el caso de la copa llena de agua pasa algo parecido. Al añadir las monedas (que tienen un volumen muy pequeño) se forma una prominencia de agua que sobresale del borde de la copa sin caer. Echando las monedas con precaución, y dependiendo del tamaño de la copa y de las monedas, podemos echar unas 30 monedas en la copa sin que rebose.

54 No cabe ni un alfiler

Llenamos una copa con agua hasta el borde. ¿Cuántos alfileres caben en la copa sin que rebose el agua? ¿20? ¿50?

Comenzamos a echar alfileres en la copa, uno a uno, y vamos contando. Uno, dos, tres, . .

Sorprendentemente, pasamos del centenar de alfileres y el agua no se derrama. Tenemos que sobrepasar el tercer centenar de alfileres para apreciar cambios en la copa.

El agua desalojada por los alfileres moja poco el borde de la copa (que tiene restos de grasa por haberla tocado con los dedos) y forma una prominencia que sobresale del borde de la copa. Esta prominencia tiene un volumen mucho más grande que el volumen de un alfiler. Por esto caben centenares de alfileres en la copa.

Echando los alfileres con precaución, y dependiendo del tamaño de la copa, podemos sobrepasar los 500 alfileres.

33 Resonancia en una copa de cristal

Material:

• Una copa de cristal
• Un vaso
• Agua y colorante

Montaje:

• Llenamos el vaso con agua y le añadimos el colorante.
• Ponemos en la copa un poco de agua con colorante.
• Nos mojamos un dedo en el agua y frotamos el borde de la copa suavemente y despacio.
  Al poco tiempo la copa vibra y se escucha un sonido.

Explicación:
Al frotar repetidamente el borde de la copa de cristal, ésta entra en resonancia.
La resonancia es un fenómeno físico que se produce cuando un cuerpo capaz de vibrar es sometido a la acción de una fuerza periódica, cuyo periodo de vibración coincide con el periodo de vibración característico de dicho cuerpo. En estas circunstancias el cuerpo vibra, aumentando de forma progresiva la amplitud de las vibraciones tras cada una de las actuaciones sucesivas de la fuerza.
La copa vibra con una frecuencia determinada y suena con un tono definido. Si se añade más agua a la copa el tono emitido se hace más grave.