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.

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. 

176 Fuerza centrífuga con dos bolas

Para realizar nuestro experimento necesitamos dos bolitas de plástico, un tapón de corcho, un trozo de hilo, una aguja metálica y un trozo de alambre circular.

En primer lugar clavamos las dos bolitas de plástico en el alambre circular. Luego unimos los dos extremos del alambre con un tapón de corcho para completar un círculo.
Clavamos la aguja metálica en el tapón de corcho y unimos el otro extremo de la aguja al aro metálico con un trozo de hilo.

Por último, sujetamos la aguja con las manos de manera que el aro queda en posición vertical, con el tapón de corcho en la parte inferior y una bolita de plástico a cada lado del tapón central.

Si se gira el alambre en torno al eje vertical (la aguja) las dos bolitas ascienden por el alambre.


Explicación
Las dos bolitas de plástico se alejan del centro y suben por el aro metálico por acción de la fuerza centrífuga. Centrífuga quiere decir que “huye del centro”.
En realidad la fuerza centrífuga no es una verdadera fuerza ya que no corresponde a una interacción. Sus efectos son causados por la inercia.

La altura alcanzada por las dos bolitas aumenta con la velocidad de giro.

169 Un aspersor sorprendente

Para realizar nuestro experimento necesitamos un palito de madera, una cañita de refresco, unas tijeras, cinta adhesiva, un recipiente con agua y una taladradora.

Para construir el aspersor casero:

1 Clavamos el palito en el centro de la cañita
2 Practicamos un par de cortes con las tijeras a cada lado de la cañita (aproximadamente en el centro de cada mitad) y doblamos hasta completar un triángulo.
3 Con la cinta adhesiva fijamos los extremos de la cañita al palito de madera (ver foto)
4 Por último, necesitamos una taladradora para que el palito gire a gran velocidad.

Si metemos el aspersor en un recipiente con agua y encendemos la taladradora vemos que, cuando la velocidad de giro es alta, el agua sale por la parte superior.

Explicación
El agua que entra en la cañita por la parte inferior gira al encender la taladradora.
Al agua atrapada en la cañita en rotación es impulsada hacia el exterior por la fuerza centrífuga, sube por el interior de la cañita y escapa por la parte superior.

Advertencia: se requiere la supervisión de un adulto para manejar la taladradora y cuidado con el agua y la electricidad. Con la taladradora a toda potencia el agua puede salir despedida a una distancia considerable.

128 Espirales de tinta

Para nuestro experimento necesitamos una botella de plástico, un panel de madera, pegamento, cinta de embalar, una cuerda, pintura, tinta y una hoja de papel.

En primer lugar necesitamos construir una plataforma giratoria:
1 Hacemos un agujero en el tapón de la botella de plástico y otro agujero en el centro del panel de madera para pasar la cuerda.
2 Pegamos el panel de madera sobre el tapón de la botella de manera que los agujeros queden alineados.
3 Pasamos la cuerda por los dos agujeros y hacemos un nudo en el extremo que queda debajo del tapón.
4 Llenamos la botella de plástico de agua y colocamos el tapón
5 Hacemos un agujero en el centro de la hoja de papel y la colocamos sobre el panel, pasando la cuerda por el agujero.
6 Atamos el extremo superior de la cuerda de manera que la plataforma quede suspendida en el aire. Yo usé una escalera metálica para sujetar la cuerda.

Con la plataforma giratoria terminada ya podemos realizar el experimento

Giramos la botella con las manos para retorcer la cuerda y, sin soltar, dejamos caer sobre la hoja unas gotas de pintura o de tinta. Finalmente soltamos la botella

La botella gira al principio despacio, pero después va aumentando su velocidad de giro. Cuando se logra cierta velocidad las gotas de tinta salen disparadas, dejando un rastro sobre el papel que permite estudiar su trayectoria.
Al principio parece que la trayectoria descrita por la gota es una línea recta que pasa por el centro de la plataforma. Pero si repetimos el experimento y estudiamos las trayectorias detenidamente vemos que las gotas, al salir disparadas, describen una trayectoria curva. La trayectoria depende, entre otros valores, de la aceleración de la plataforma.

Podemos obtener una aceleración muy grande si, en lugar de retorcer la cuerda, giramos rápidamente la botella con las manos. En este caso las trayectorias de las gotas forman una especie de remolino sobre la hoja de papel.

Explicación:
Las gotas de tinta se alejan del centro por acción de la fuerza centrífuga. Centrífuga quiere decir que “huye del centro”.
En realidad la fuerza centrífuga no es una verdadera fuerza ya que no corresponde a una interacción. Sus efectos son causados por la inercia.

¿Y por qué se curva la trayectoria formando una especie de remolino?
En primer lugar recordemos que en un movimiento circular la velocidad de giro es mayor al alejarnos del centro de giro.

Al moverse la gota de tinta va a parar a un punto de la plataforma cuya velocidad de giro es superior a la velocidad de la propia gota. Esto supone que la plataforma adelanta a la gota, deslizándose bajo ella. Por este motivo la trayectoria seguida por la gota se curva respecto al radio. Podemos decir que, al desplazarse, la gota se retrasa respecto a la plataforma circular curvando su trayectoria.

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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