371 Centrifugadora manual

Con un trozo de cartón, cañitas de refresco, un palito de madera, una hoja de acetato transparente, pegamento y tijeras construimos nuestra centrifugadora manual (ver vídeo). Luego metemos unas bolitas pequeñas y agitamos para que la superficie quede horizontal.

Si hacemos girar la centrifugadora dando vueltas con los dedos al palito vemos que las bolitas se acumulan cerca de las paredes de la caja.

Explicación

Si la centrifugadora está en reposo, cada bolita experimenta dos fuerzas verticales que se compensan: el peso y la fuerza normal. Pero al girar la centrifugadora aparecen otras dos fuerzas horizontales opuestas: la fuerza centrífuga (hacia afuera) y la fuerza de rozamiento estático. La fuerza centrífuga aumenta con la velocidad de las bolitas y la fuerza de rozamiento estático puede crecer hasta un valor máximo.

Centrífuga quiere decir que "huye del centro". En realidad la fuerza centrífuga no es una verdadera fuerza ya que no corresponde a una inteacción. Sus efectos son causados por la inercia.

Al girar la centrifugadora las bolitas describen un círculo alrededor del eje de rotación pero no todas tienen la misma velocidad. Las bolitas que están cerca del eje recorren un círculo pequeño y tienen poca velocidad. Las bolitas que están más alejadas del eje de rotación recorren en el mismo tiempo una distancia mayor y tienen, por tanto, mayor velocidad..

Para una cierta velocidad de giro las bolitas alejadas del centro salen impulsadas hacia las paredes del recipiente al superar la fuerza centrífuga a la fuerza de rozamiento.

322 Peonza sorprendente con canicas de cristal

Para realizar nuestro experimento pegamos cuatro canicas de cristal de manera que formen una pirámide tetraédrica. De esta forma se obtiene un trompo o peonza que puede girar sobre una de las canicas.

Sobre una superficie de cristal la peonza podrá girar sin caerse durante más tiempo

Explicación

Si colocamos nuestra peonza en posición vertical apoyada en una de las canicas vemos que el equilibrio es inestable y se cae seguro. Sin embargo, si la peonza gira con velocidad suficiente se mantendrá en equilibrio en posición vertical gracias al efecto giroscópico.

Además del movimiento de rotación sobre si misma la peonza presenta un movimiento de precesión cuando el eje de rotación da vueltas alrededor de la vertical. A medida que la velocidad de giro disminuye y la peonza se va parando aumenta la precesión y la peonza empieza a cabecear arriba y abajo. Finalmente pierde el equilibrio y cae.

308 Motor eléctrico casero

Para realizar nuestro experimento necesitamos una pila de petaca (4´5 V), hilo de cobre esmaltado, un imán, dos imperdibles, cinta aislante y papel de lija.

Procedimiento

Enrollamos el hilo de cobre en torno a un objeto cilíndrico para formar una pequeña bobina dejando en cada extremo unos 5 cm sin enrollar. Los extremos de la bobina formarán el eje de rotación y tienen que estar alineados y bien rectos.

Luego utilizamos la cinta aislante para sujetar los dos imperdibles a los dos terminales (electrodos o bornes) de la pila de petaca. Los imperdibles se sujetarán en posición vertical con los agujeros de los imperdibles en la parte superior.

Con el papel de lija retiramos el esmalte que cubre los extremos de la bobina de cobre.

Por último metemos los extremos rectos de la bobina en los agujeros de los imperdibles.

Al aproximar un imán la bobina gira sobre su eje. Si no gira inmediatamente podemos mover el imán o dar un ligero impulso a la bobina.

Explicación

Los motores eléctricos son máquinas que transforman la energía de la corriente eléctrica en movimiento (energía cinética).

Un conductor por el que circula una corriente eléctrica en el interior de un campo magnético experimenta una fuerza magnética. Con el diseño adecuado la fuerza magnética hace girar el conductor en torno a un eje de rotación.

En nuestro caso al colocar los extremos rectos de la bobina en los agujeros de los imperdibles completamos el circuito eléctrico y la corriente comienza a circular por la bobina. El imán proporciona el campo magnético y, con el diseño adecuado, la fuerza magnética produce el giro de la bobina. 

103 Superficie de los líquidos en rotación

Para realizar nuestro experimento necesitamos una botella de plástico de 2 litros, agua con colorante, aceite, alcohol y una cuerda.

En primer lugar hacemos un pequeño orificio en el tapón de la botella de plástico para pasar la cuerda. Luego atamos el otro extremo de la cuerda de manera que la botella quede suspendida en el aire. Yo usé una escalera metálica para sujetar la cuerda.

Llenamos la botella de plástico con agua, retorcemos la cuerda con las manos y luego soltamos. La botella gira cada vez más deprisa y la superficie del líquido se curva más y más.

Repetimos el experimento llenando la botella con agua y aceite y luego con agua, aceite y alcohol. Cuidado al añadir el alcohol que no se mezcle con el agua.
En los dos casos la superficie del líquido se curva al girar la botella.

ExplicaciónAl soltar la cuerda la botella gira en torno a un eje de rotación que coincide con la dirección que marca la cuerda. Al girar el agua, las gotas que están cerca del eje recorren alrededor del eje un círculo pequeño (tienen poca velocidad) y las gotas que están más alejadas del eje de rotación recorren en el mismo tiempo una distancia mayor (tienen una velocidad mayor)

Esa diferencia de velocidad de rotación en función de la distancia al eje de giro es lo que produce la curvatura de la superficie del líquido. Al aumentar la velocidad de rotación de la botella el agua que está lejos del eje de rotación experimenta una fuerza muy grande hacia afuera (la fuerza centrífuga) y se pega a la pared, adoptando la superficie del líquido la forma de un paraboloide.

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