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.

317 ¿Qué sucede si soplas entre dos pelotas?

Para realizar nuestro experimento necesitamos una cañita y unas pelotas pequeñas y ligeras (por ejemplo de corcho o de ping pong).

Colocamos dos pelotas iguales sobre una superficie horizontal dejando entre las dos una separación de unos dos centímetros. Luego tomamos la cañita y soplamos muy fuerte justo entre las dos. Si las pelotas son ligeras vemos que se juntan.

Explicación

El aire que rodea las dos pelotas ejerce una presión (presión atmosférica) igual en todas direcciones.

El Principio de Bernouilli dice que al aumentar la velocidad del aire disminuye la presión.

Al soplar con la cañita se crea una corriente de aire entre las pelotas y disminuye la presión en esa región. La presión atmosférica superior que actúa desde el otro lado empuja a las pelotas una contra la otra.

Si la pelota tiene una masa apreciable la diferencia de presión no será suficiente para moverla. Para comprobarlo se puede repetir el experimento utilizando dos pelotas con diferente masa. En este caso al solplar entre las dos  la pelota más pesada tiende a quedarse quieta por la inercia.

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.

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. 

297 Para ganar una apuesta con una moneda obediente

Para realizar nuestro experimento necesitamos una mesa, un vaso, una servilleta o un mantel y unas monedas.

En primer lugar colocamos sobre una mesa una servilleta bien estirada. Luego colocamos dos monedas sobre la servilleta separadas por una distancia igual al diámetro de nuestro vaso. Por último, colocamos entre las dos monedas otra más pequeña y sobre las monedas el vaso boca a bajo.

Para sacar la moneda pequeña sin levantar el vaso ni utilizando un objeto para tocar la moneda basta con rascar la servilleta cerca el vaso en el mismo sentido en el que queremos sacar la moneda. Poco a poco la moneda sale de debajo del vaso.

Explicación

Al rascar la servilleta se pone tirante ya que las fibras con las que está elaborada tienen cierta elasticidad. La moneda se desplaza sobre el mantel estirado pero cuando levantamos el dedo y soltamos la servilleta, eliminamos la tensión, con lo que la servilleta recupera su posición inicial con tanta rapidez que la moneda, por la inercia, no retrocede con la servilleta. Cada vez que rascamos la servilleta la moneda se aproxima un poco al borde el vaso.

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.

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

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.