397 Escurridizo

Para realizar nuestro experimento necesitamos un vaso pequeño, una superficie pulida y agua.

En primer lugar colocamos el vaso boca abajo sobre una rampa plana con una pequeña inclinación. Vemos que el vaso no se mueve. Si mojamos el vaso con agua fría vemos que tampoco se mueve. Pero si ahora mojamos el vaso con agua caliente vemos que desliza por la rampa.

Explicación

El aire atrapado en el vaso se calienta, se expande y levanta ligeramente el vaso. Al reducir el contacto y la fricción el vaso desliza sobre la superficie.

390 Caída libre

Para realizar nuestro experimento necesitamos una moneda y un disco de papel de diámetro algo inferior al de la moneda.

Si soltamos desde la misma altura la moneda y el disco de papel la moneda que cae con mayor velocidad llegará en primer lugar al suelo. En la caída libre de un cuerpo actúan dos fuerzas: el peso (vertical y hacia abajo) y la fuerza de rozamiento aerodinámico (vertical y opuesta a la velocidad del cuerpo). La resistencia del aire es mayor en el disco de papel y se retrasa en la caída.

Es evidente que si colocamos el disco de papel debajo de la moneda y los soltamos llegarán al suelo al mismo tiempo. La moneda de metal arrastra al disco de papel en la caída.

Pero si ahora colocamos la moneda debajo del disco de papel y los soltamos también  llegarán al suelo al mismo tiempo. En la caída la moneda produce una corriente de aire descendente que arrastra al disco de papel y lo mantiene pegado a la moneda.

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.

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.

281 Atrapado en arroz

Para realizar nuestro experimento necesitamos un frasco de cristal, una cuchara de madera y arroz limpio y seco.

En primer lugar llenamos el frasco de arroz y luego metemos la cuchara de madera poco a poco. Tirando de la parte superior de la cuchara vemos que puede salir sin dificultad.

Ahora repetimos el experimento pero en lugar de meter la cuchara poco a poco la metemos con fuerza. Tirando ahora de la parte superior de la cuchara vemos que quedó atrapada en el tarro con arroz.

Explicación

En el primer caso los granos de arroz no están muy compactados y la cuchara de madera puede entrar y salir fácilmente.

En el segundo caso, al meter la cuchara de madera con fuerza, aumenta la compactación de los granos de arroz. En este caso la fricción es mayor y las fuerzas de rozamiento dificultan el movimiento de la cuchara de madera. 

276 Aerodeslizador casero

Para realizar nuestro experimento necesitamos un CD o un DVD, un trozo de cartón, un alfiler, tijeras, una botella de plástico, pegamento y un globo.

Recortamos un círculo de cartón y lo pegamos en el centro del CD de manera que tape el agujero central.

Con un alfiler hacemos algunos agujeros en el cartón.

Cortamos la parte superior de una botella de plástico con las tijeras.

Luego pegamos la parte superior de la botella en el CD.

Por último inflamos el globo, lo retorcemos para que no se escape el aire y luego lo encajamos en la botella.

Al dejar salir el aire del globo el CD desliza sobre una superficie lisa.

Explicación

Si dejamos el CD sobre una superficie lisa con una pequeña inclinación vemos que permanece en reposo. Las fuerzas de rozamiento entre el CD y la superficie impiden que el CD  se mueva. Si damos un ligero golpe al CD se detiene tras recorrer unos centímetros.

Al desinflarse el globo se forma una cámara de aire bajo el CD que reduce el rozamiento por fricción y permite el movimiento.

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.

207 Inercia y rozamiento con un naipe y una moneda

Para realizar nuestro experimento necesitamos una moneda, un naipe, una botella y papel de lija.

Se coloca sobre la botella un naipe de la baraja y sobre el naipe una moneda. Si se da un golpe seco el naipe saldrá disparado y la moneda quedará en el mismo sitio. Pero si se sustituye el naipe por una tarjeta de papel de lija la moneda saldrá disparada.

Explicación 
Con un golpe seco el naipe sale con tanta velocidad que el movimiento no se transmite a la moneda. La moneda, por la inercia, queda en reposo sobre la botella.
Por otra parte, con un naipe la fricción es muy pequeña y las fuerzas de rozamiento entre el naipe y la moneda no logran arrastrar la moneda 

Pero si se repite el experimento sustituyendo el naipe por una tarjeta de papel de lija el rozamiento es mucho mayor y lo normal será que la moneda salga disparada.

Se requiere algo de práctica para que el experimento salga bien

137 Enterrado en arena

Para realizar nuestro experimento necesitamos un vaso largo de plástico, un palo de madera y arena de playa seca.

En primer lugar metemos el palo de madera en el vaso y lo cubrimos con la arena seca. Tirando de la parte superior del palo vemos que es posible sacarlo de la arena sin dificultad.

Luego volvemos a meter el palo de madera en el vaso, lo cubrimos de arena y, antes de tirar del palo, golpeamos el lateral del vaso unos segundos. En este caso, al intentar sacar el palo de la arena, vemos que está firmemente atrapado en la arena.


Explicación:
La arena de playa es un ejemplo de materia granulada.
Cuando la arena se deja caer en el vaso de plástico tiene una compactación baja. Una forma de reducir los espacios vacíos y aumentar la compactación es someter la arena a vibraciones horizontales.
Al golpear el vaso aumenta la compactación: las partículas se reordenan y el volumen total de arena y el espacio vacío entre los granos disminuye. En este caso, aumenta la fricción entre partículas y las fuerzas de rozamiento impiden que el palo salga de la arena con facilidad.

24 Una moneda caprichosa

Material:
1. Un vaso.
2. Una moneda.
3. Una carta de la baraja.

Montaje:
1. Pon la carta sobre el vaso y la moneda en el centro de la carta.
2. Sujeta el vaso con una mano y tira de la carta con la otra mano. El tirón tiene que ser seco.

La moneda cae al vaso.
Explicación:
La resistencia de un cuerpo a cambiar su estado de reposo o movimiento se llama inercia.
Al tirar de la carta, la fuerza de rozamiento entre la carta y la moneda tiende a desplazar la moneda sobre la carta. Si damos un tirón, la fuerza de rozamiento no logra superar la inercia de la moneda que permanece en reposo y cae al vaso. Pero si tiramos lentamente de la carta, la moneda si se desplaza sobre la carta.

21 Dos guías de teléfono muy unidas

Material:
1. Un par de guías de teléfono.

Montaje:

1 Tomamos las dos guías de teléfono y entrelazamos sus páginas.
2 Intentamos separar las guías tirando de los dos lomos.

Cuesta mucho separar las guías.

Explicación:
Si intentamos desplazar un cuerpo sobre una superficie aparecen unas fuerzas de rozamiento que se oponen al desplazamiento. Al entrelazar las páginas de las dos guías obtenemos una superficie de contacto muy grande (todas las páginas entrelazadas) y las fuerzas de rozamiento impiden separar las guías con facilidad.