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. 

292 Movimiento de una cadena de bolas

Para realizar nuestro experimento necesitamos una cadena de bolas.

Colocamos la cadena de bolas sobre una mesa de manera que uno de los extremos quede colgando libremente. En principio la cadena permanece en reposo sobre la mesa  pero si damos un pequeño tirón del extremo libre toda la cadena cae con velocidad constante.

Podemos repetir el experimento metiendo la cadena de bolas en un recipiente no muy alto (por ejemplo un vaso) y dejando que uno de los extremos de la cadena cuelgue del borde del recipiente. Al dar un pequeño tirón del extremo que cuelga libremente toda la cadena se precipitará fuera del vaso.

Explicación

En los dos casos se necesita un impulso inicial para poner en movimiento la cadena pero luego la inercia y el peso de las bolas que caen mantienen el movimiento. Si la altura que recorre la cadena en la caída es muy pequeña el movimiento puede interrumpirse sin que se complete la caída de todas las bolas. Otro factor que puede afectar al movimiento de la cadena es el rozamiento de las bolas con la superficie y con otras bolas de la cadena.

291 Paradoja dinámica

Para realizar nuestro experimento necesitamos una caja de cartón cilíndrica, plastilina, una tuerca y una rampa.

Si se deja una caja cilíndrica sobre una rampa bajará rodando. Pero se puede lograr que la caja suba en lugar de bajar colocando un lastre en algún punto  de la superficie cilíndrica interna. Para el lastre podemos utilizar una tuerca y plastilina.

Explicación

El centro de gravedad de la caja de cartón cilíndrica está en el centro de la caja. Si se suelta la caja sobre una rampa la caja cae rodando y el centro de gravedad baja.

Al colocar el lastre en la periferia de la caja el centro de gravedad se desplaza cerca del lastre. Si se deja la caja con el lastre sobre la rampa de manera que suba por la pendiente, la caja asciende por la rampa pero el centro de gravedad, muy próximo al lastre, en realidad baja. 

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.

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.

95 ¿Por qué no venden fruta en los ascensores?

Para realizar nuestro experimento necesitamos un ascensor, una báscula y algo de fruta.

En primer lugar, con el ascensor parado, ponemos la fruta sobre la báscula y vemos el peso (en realidad la masa) que indica el aparato. Luego pulsamos el botón para subir y vemos que el peso varía:


1 Al principio aumenta.
2 Luego regresa al valor original.
3 Antes de detenerse disminuye.
4 Y finalmente regresa al valor original.

Explicación
La fruta que colocamos sobre la báscula experimenta dos fuerzas: el peso (P) dirigido hacia abajo y la fuerza normal (N) ejercida por la báscula hacia arriba.



Por la tercera Ley de Newton de Acción y Reacción la báscula experimenta la misma fuerza Normal dirigida hacia abajo.
La báscula no mide el peso de la fruta, mide la fuerza Normal (N) ejercida entre la báscula y la fruta.
Si el ascensor y la báscula están en reposo, las fuerzas sobre la fruta son iguales (P = N) y la báscula, que mide la fuerza Normal, mide el peso correcto de la fruta.

Para subir el ascensor experimenta una aceleración hacia arriba. En este caso las fuerzas sobre la fruta no son iguales ya que se necesita una fuerza hacia arriba.

Por la segunda Ley de Newton: N – P = m.a (“m” es la masa de la fruta y “a” la aceleración)
Despejando la fuerza normal de la ecuación anterior queda: N = P + m.a
En este caso, la fuerza Normal que mide la báscula es mayor que el peso de la fruta.

Para frenar el ascensor experimenta una aceleración de frenada dirigida hacia abajo. En este caso se necesita una fuerza de frenada dirigida hacia abajo.


Por la segunda Ley de Newton: P – N = m.a
Despejando la fuerza normal de la ecuación anterior: N = P – m.a
En este caso, la fuerza Normal medida por la báscula es menor que el peso de la fruta.

94 Un experimento muy muy sano

Para realizar nuestro experimento necesitamos una pera, una uva, un trozo de hilo y un bolígrafo.

En primer lugar pasamos el trozo del hilo por el tubito de plástico del bolígrafo de manera que sobresalga unos 15 cm por cada extremo. Luego atamos la pera en uno de los extremos del hilo y la uva en el otro extremo.

En circunstancias normales el peso mayor de la pera hace que, al levantar el bolígrafo, la uva suba y la pera baje. Pero, si tomamos el bolígrafo verticalmente de manera que la uva quede en la parte superior y la damos un impulso para que gire, veremos que es posible que la pera (más pesada) se mantenga en equilibrio sin caer.

Explicación
Para que la pera se mantenga en equilibrio sin moverse es necesario que las fuerzas que actúan sobre ella se anulen. En este caso tenemos dos fuerzas: el peso hacia abajo (P) y la tensión del hilo hacia arriba (T). Por lo tanto: T = P

La fuerza centrípeta (la tensión del hilo) es la responsable del movimiento circular de la uva.



La fuerza centrípeta depende de la velocidad. Si aumentamos la velocidad de la uva aumenta la tensión y sube la pera. Si disminuimos la velocidad de giro de la uva disminuye la tensión y baja la pera.

63 Microgravedad con una botella de plástico

Para realizar nuestro experimento primero llenamos con agua una botella de plástico (el experimento es más vistoso si utilizamos agua coloreada).
Luego ponemos el tapón sin enroscarlo del todo y practicamos un pequeño agujero en la base de la botella. Vemos que el agua sale de la botella y cae, por efecto de la gravedad, describiendo una curva. Pero si dejamos caer la botella podemos observar que deja de salir agua por el agujero.

Supongamos que dejamos caer la botella y que el agua sale por el agujero describiendo una curva. Esto significaría que, puesto que la botella cae libremente con la aceleración de la gravedad, el agua que sale por el agujero caería con una aceleración superior, ya que “adelanta” a la botella en la caída. Evidentemente esto no es posible. Agua y botella caen libremente con la misma aceleración: la aceleración de la gravedad. Por esto no sale agua por el agujero.

61 Una piedra lenta de reflejos

Para realizar nuestro experimento necesitamos una botella de plástico, una goma elástica y una piedra.

Preparación del experimento:

Cortamos la base de la botella de plástico.
Practicamos un agujero en el tapón de la botella.
Atamos un trozo de goma elástica al tapón de plástico. Es importante que la goma elástica tenga una longitud inferior a la altura de la botella.
Colocamos el tapón en la botella y atamos un objeto pesado (por ejemplo una piedra) en el otro extremo de la goma elástica.


Si soltamos la botella de plástico vemos que la piedra parece permanecer en reposo y es tragada por la botella de plástico.

Explicación:

Para explicar el comportamiento de la piedra es necesario estudiar las fuerzas que actúan al soltar la botella.

Sobre la piedra actúan dos fuerzas:

El peso (P), dirigida verticalmente hacia abajo.
La fuerza elástica (Fe), dirigida verticalmente hacia arriba.
Inicialmente las dos fuerzas son iguales y se anulan. Por tanto, al soltar la botella la piedra permanece en reposo y en equilibrio.

Sobre la botella actúan dos fuerzas:
El peso (P), dirigido verticalmente hacia abajo.
La fuerza elástica (Fe), dirigida verticalmente hacia abajo.
Al soltar la botella las dos fuerzas se suman y la fuerza resultante produce una aceleración (Segunda ley de Newton) que hace que la botella caiga.

Al caer la botella disminuye la longitud de la goma y, por consiguiente, disminuye la fuerza elástica.
Al disminuir la fuerza elástica, las fuerzas sobre la piedra no se anulan, y aparece una fuerza resultante y una aceleración. La piedra se pone en movimiento, pero la botella, que ya cae con una velocidad considerable, alcanza a la piedra que es tragada por la botella.

43 ¿Sube o baja?

Para nuestro experimento necesitamos preparar un plano inclinado con un par de varillas y unas cajas. Luego pegamos los dos embudos para formar nuestro embudo-doble.









Si soltamos un cilindro de cartón en el plano inclinado vemos que rueda cuesta abajo por la acción de la gravedad. Sin embargo, si soltamos nuestro “embudo-doble” en el mismo plano inclinado, vemos que “asciende”.






Si nos fijamos atentamente, en la parte superior del plano inclinado aumenta la separación de las varillas, y esto hace que al rodar el embudo cuesta arriba su centro de gravedad (que coincide con el centro geométrico) baje.
Por lo tanto, el embudo, igual que el cilindro de cartón, baja por la acción de la gravedad.

28 Carrera de globos

Material:
1. Globo
2. Cinta aislante
3. Carrete de hilo
4. Cañita de refresco

Montaje:
1 Cortamos un trozo de hilo de varios metros de longitud.
2 Pasamos el hilo por la cañita y atamos los extremos de manera que quede horizontal.
3 Llenamos el globo y lo pegamos a la cañita con la cinta aislante.
4 Soltamos el globo permitiendo que escape el aire.

El globo sale disparado

Explicación:
El principio de acción y reacción explica el movimiento del globo. El aire que sale del globo con gran velocidad empuja el globo en sentido contrario.

14 Choques

Material:
1. Una pelota de baloncesto
2. Una pelota de goma más pequeña (por ejemplo una pelota de tenis)

Montaje:
1. En primer lugar, dejamos caer la pelota pequeña desde unos 90 cm para ver la altura que logra después de rebotar contra el suelo.
2. En segundo lugar colocamos la pelota de baloncesto en el suelo y dejamos caer la pelota pequeña sobre la grande. Observamos la altura lograda por la pelota pequeña después de rebotar con la grande.
3. Por último, dejamos caer, simultáneamente, la pelota pequeña encima de la pelota grande (a unos cinco centímetros)

La pelota pequeña logra una altura mucho mayor.

Explicación:
Al rebotar la pelota grande en el suelo sube y golpea a la pelota pequeña. La diferencia de masa entre las dos pelotas hace que, después de la colisión, la pelota pequeña adquiera una velocidad grande.