401 Acelerador magnético

Para realizar nuestro experimento necesitamos unas bolas de acero, un carril de bajo rozamiento de aluminio (o algo parecido) y un imán de neodimio.

Sobre el carril de bajo rozamiento se alinean el imán y tres bolas de acero (por ejemplo situadas a la derecha del imán). Luego se lanza otra bola de acero desde el otro lado. Cuando la bola se aproxima al imán se acelera por el campo magnético hasta que choca con el imán y se queda pegada. Inmediatamente sale disparada la bola situada más a la derecha.

La primera bola transfiere  su energía cinética y su momento lineal o cantidad de movimiento (el producto de la masa por la velocidad).

¿Qué sucede si la bola incidente tiene mayor masa?

Ahora la bola con menor masa sale despedida con mayor velocidad.

388 Péndulo y colisiones.

Con un trozo de hilo, una bola de corcho o de plástico y un cáncamo podemos construir un péndulo. 

Necesitamos dos péndulos de igual longitud para estudiar las colisiones.

El primer péndulo (el proyectil) se eleva una cierta altura, se suelta y golpea al segundo péndulo (el blanco) que se encuentra en reposo en el punto más bajo. Si utilizamos bolas de corcho o de ping pong podemos suponer que se trata de una colisión elástica y que se conserva la energía cinética y la cantidad de movimiento (el producto de la masa por la velocidad).

Se pueden estudiar varios casos dependiendo de las masas de los dos péndulos:

1) Si las masas son iguales el primer péndulo queda en reposo y el segundo asciende alcanzando la misma altura que tenía inicialmente el proyectil.

2) Si la masa del proyectil es mayor que la del blanco las dos masas ascienden del mismo lado.

3) Si la masa del proyectil es menor que la del blanco el proyectil retrocede después de la colisión y el blanco asciende.

Al ser una colisión el resultado de fuerzas internas siempre se conserva la cantidad de movimiento pero la energía cinética suele disiparse parcialmente. En una colisión elástica se conserva la energía cinética y en una colisión inelástica se disipa parte de la energía.

Sustituyendo uno de los péndulos por una bolsa de arena tenemos un ejemplo de colisión inelástica. Después de la colisión el proyectil queda en reposo y la bolsa de arena apenas se mueve. Al colisionar el péndulo con la bolsa los granos de arena se mueven, chocan unos contra otros y disipan la energía por fricción. La energía cinética se transforma en calor por fricción.

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.

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. 

307 Truco con caja de cerillas

Para realizar nuestro experimento necesitamos una caja de cerillas.

Cuando dejamos caer una caja de cerilla desde una altura de unos 20 cm sobre una mesa lo normal es que la caja rebote en la mesa y no se sostengan en pie. 

Si abrimos un poco la parte superior de la caja de cerillas antes de soltar la caja sobre la mesa es muy posible que la caja quede de pie después de golpear la mesa.

Explicación
Cuando la caja de cerillas golpea la mesa se produce una pequeña deformación de la caja que consume parte de la energía de movimiento (energía cinética). Después de rebotar en la mesa la caja asciende con menos velocidad y menos energía cinética.

¿Qué sucede al abrir un poco la caja de cerillas antes de soltarla sobre la mesa?

Cuando la parte exterior de la caja de cerillas golpea la mesa la parte interior con las cerillas sigue bajando por la inercia y disipa la energía de movimiento (la energía cinética) debido a las fuerzas de rozamiento. Para que la caja quede de pie sobre la mesa tenemos que gastar toda la energía cinética de la caja de cerillas para que no rebote.

La parte interior de la caja de cerillas actúa como un amortiguador que disipa la energía del movimiento.

Se requiere algo de práctica para que el experimento salga correctamente.

248 Pájaro carpintero

Para construir el pájaro carpintero necesitamos un trozo de cartón no muy grueso, tijeras, lápiz, goma elástica, cañita de refresco y un clip.

Procedimiento: 
1 Dibujamos el pájaro carpintero en un trozo de cartón.
2 Recortamos la figura

3 Cortamos un trozo pequeño de cañita de refresco
4 Metemos la goma elástica en el trozo de cañita
5 Doblamos la figura dejando el trozo de cañita con la goma elástica justo en el medio
6 Sujetamos la figura con un clip
7 Por último colocamos la goma elástica en posición vertical con el pajarito en la parte superior.

El pajarito cae lentamente oscilando

Explicación 
Un objeto que cae libremente pierde altura y gana velocidad transformando la energía potencial gravitatoria en energía cinética.

Al soltar nuestro pajarito desde la parte superior de la goma elástica no cae de golpe, comienza a descender lentamente con un movimiento oscilante que recuerda al de un pájaro carpintero.

Cuando cae el pajarito oscila verticalmente, la cañita golpea a la goma elástica y se genera una fuerza de rozamiento que frena el descenso. Entre golpe y golpe la cañita está alineada con la goma elástica y el pajarito desciende un poco.

245 Péndulo interrumpido

Para realizar nuestro experimento necesitamos un péndulo simple.

Si separamos nuestro péndulo de su posición de equilibrio y lo dejamos oscilar vemos que la amplitud de la semioscilación al otro lado es aproximadamente igual al desplazamiento inicial y que la bola casi recupera la misma altura inicial.

Si introducimos una clavo en el camino que recorre el hilo vemos que el péndulo queda interrumpido y que la amplitud de la semioscilación es mucho menor pero la bolita recupera la altura inicial.

Explicación 
Al separar la bolita de su posición de equilibrio y dejarla en libertad, vemos que se mueve hacia su posición de equilibrio, transformando la energía potencial inicial en energía cinética (pierde altura y gana velocidad). Al llegar a la posición de equilibrio, el punto más bajo, toda su energía potencial se transformó en energía cinética. Luego la bolita se desplaza hacia la derecha de la posición de equilibrio, perdiendo energía cinética y ganando energía potencial (pierde velocidad y gana altura).

Por conservación de la energía mecánica, la energía potencial final a la derecha de la posición de equilibrio es igual a la energía potencial inicial, y la bolita llega casi hasta la misma altura de partida. Colocar un clavo modifica la trayectoria de la bolita pero no afecta a la conservación de la energía del péndulo y la bolita recupera la altura inicial.

203 Bote loco

Para realizar nuestro experimento necesitamos un bote de plástico (mejor transparente), una goma elástica, una tuerca y un palito de madera.

Preparación del bote:
Realizamos un agujero en el centro de la tapa del bote y otro agujero en el centro de la base del bote.
Atamos una tuerca en el centro de la goma elástica.
Metemos un extremo de la goma elástica por el agujero de la base y el otro extremo por el agujero de la tapa. Empleamos un par de palitos para sujetar la goma elástica. La tuerca tiene que quedar en el centro del bote y la goma elástica en tensión.

Si rodamos el bote sobre una superficie horizontal vemos que el bote se detiene y regresa al punto de partida 

Explicación 
Al rodar el bote la goma elástica se enrolla y acumula energía (energía potencial elástica) que luego transforma en movimiento (energía cinética) cuando se desenrolla.

Los juguetes de cuerda contienen un muelle que acumula energía al dar cuerda al juguete. Luego dicha energía acumulada se transforma en movimiento.