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sábado, 2 de abril de 2011
jueves, 31 de marzo de 2011
Líquidos en rotación
Material
- 1 botella de plástico de 2 litros,
- agua con colorante,
- aceite,
- alcohol y
- 1 cuerda.
Procedimiento.
1º Hacemos un pequeño orificio en el tapón de la botella de plástico para pasar la cuerda.
2º Atamos el otro extremo de la cuerda de manera que la botella quede suspendida en el aire. (el usa una escalera metálica para sujetar la cuerda).
3º Llenamos la botella de plástico con agua, retorcemos la cuerda con las manos y luego soltamos.
¿Qué sucede?
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.
Explicación
Al 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.
Si te interesa el tema consulta la siguiente dirección.
- 1 botella de plástico de 2 litros,
- agua con colorante,
- aceite,
- alcohol y
- 1 cuerda.
Procedimiento.
1º Hacemos un pequeño orificio en el tapón de la botella de plástico para pasar la cuerda.
2º Atamos el otro extremo de la cuerda de manera que la botella quede suspendida en el aire. (el usa una escalera metálica para sujetar la cuerda).
3º Llenamos la botella de plástico con agua, retorcemos la cuerda con las manos y luego soltamos.
¿Qué sucede?
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.
Explicación
Al 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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jueves, 24 de marzo de 2011
sábado, 19 de marzo de 2011
La ciencia del tobogán
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Se utiliza una maqueta que simula una pista de esquí y bolas de distintos tamaños y pesos. Al variar la inclinación del plano se determina la mayor o menor velocidad de las bolas así como el espacio recorrido antes de caer sobre la pista de frenado.
Fuerza centrifuga-inercia
Material
Paraguas o sombrilla
pelota, o bola de papel un objeto pequeño que no se rompa
Procedimiento
Abrimos la sombrilla o el paraguas y apoyamos la contera en el suelo y la hacemos girar, echamos dentro de ella un objeto ligero y que no se rompa
¿Que sucede?
Ocurrirá algo inesperado para usted. La sombrilla parece que no quiere admitir su obsequio: la pelotita o la bola de papel empiezan a subir solas hasta el borde de la sombrilla y desde allí salen despedidas siguiendo una línea recta.
Figura 19
Explicación
La fuerza que en este experimento lanza la pelota suele llamarse «fuerza centrífuga», aunque sería más correcto denominarla «inercia». Esta fuerza la encontramos cada vez que un cuerpo se mueve por un camino circular. Esto no es más que uno de los casos en que se manifiesta la inercia, es decir, la tendencia del objeto que se mueve a conservar la dirección y la velocidad de su movimiento.
Con la fuerza centrífuga nos encontramos con mucha más frecuencia de lo que sospechamos. Si usted hace girar con la mano una piedra atada a una cuerda, notará que la cuerda se tensa y amenaza romperse por la acción de la fuerza centrífuga. Un arma para arrojar piedras, tan antigua como la honda, funciona en virtud de esta misma fuerza. La fuerza centrífuga rompe las muelas de los molinos si giran demasiado de prisa y no son suficientemente resistentes. Si se da usted maña, esa misma fuerza le ayudará a hacer el truco con el vaso, del cual no se derramará el agua aunque lo ponga boca abajo: para esto no hay más que subir rápidamente la mano que sostiene el vaso, haciéndola describir rápidamente una circunferencia vertical. La fuerza centrífuga le ayuda al ciclista del circo a describir el vertiginoso «rizo de la muerte». Ella separa la nata de la leche en las desnatadoras; saca la miel de los panales en las centrifugadoras llamadas meloextractores; seca la ropa, extrayéndole el agua en secadoras centrifugadoras, etc.
Cuando un tranvía toma una curva, por ejemplo, cuando tuerce de una calle a otra, los pasajeros sienten directamente la fuerza centrífuga, la cual les empuja en dirección a la pared exterior del vagón. Si la velocidad del movimiento fuera suficiente, todo el vagón podría ser volcado por esta fuerza, si el raíl exterior de la curva no hubiera sido colocado más alto que el interior: a esto se debe que el vagón se incline ligeramente hacia dentro en las curvas. Parece extraño que un vagón que se inclina hacia un costado sea más estable que otro que se mantiene vertical.
Figura 20
Sin embargo es así. Y un pequeño experimento le ayudará a comprender cómo ocurre esto. Curve una hoja de cartón de manera que tome la forma de una superficie cónica de gran diámetro o, mejor, coja usted, si la hay en casa, una escudilla de pared cónica. También puede servir muy bien para nuestro fin una pantalla cónica de vidrio o de hojalata de las que se usan en las lámparas eléctricas. Una vez que disponga de uno de estos objetos, haga rodar por su interior una moneda, un pequeño disco metálico o un anillo. Describirán círculos por el fondo del recipiente inclinándose sensiblemente hacia dentro. A medida que la moneda o el anillo vayan perdiendo velocidad, las circunferencias que describan serán cada vez menores y se aproximarán al centro del recipiente. Pero bastará girar levemente dicho recipiente, para que la moneda vuelva a rodar con mayor rapidez; y entonces se alejará del centro describiendo cada vez mayores circunferencias. Y si adquiere mucha velocidad, podrá incluso, rodando, salirse del recipiente.
Para las carreras de bicicletas, en los velódromos se hacen pistas circulares especiales, las cuales, como podrá usted comprobar, sobre todo donde las curvas son cerradas, se construyen con una inclinación considerable hacia el centro (peralte). La bicicleta da vueltas por estas pistas manteniéndose en una posición muy inclinada -lo mismo que la moneda en la escudilla- y no sólo no se vuelca, sino que, al contrario, precisamente en esta posición, adquiere una estabilidad extraordinaria. En los circos, los ciclistas llaman la atención del público describiendo circunferencias por un tablado muy empinado. Ahora comprenderá usted que esto no tiene nada de particular. Lo que sí sería un arte difícil para el ciclista es dar vueltas así por una pista horizontal lisa. Por esta misma razón se inclinan también hacia dentro, en las curvas cerradas, el jinete y el caballo.
De estos hechos pequeños pasaremos a uno más grande. La esfera terrestre, en que habitamos, es un cuerpo en rotación y en él debe manifestarse la fuerza centrífuga. ¿En qué se manifiesta? En que debido a la rotación de la Tierra todos los cuerpos que hay en la superficie se hacen más livianos. Cuanto más cerca del ecuador, tanto mayor es la circunferencia que tienen tiempo de describir los cuerpos en 24 horas, es decir, giran a mayor velocidad y, por lo tanto, pierden más peso. Si una pesa de 1 kilogramo se traslada desde el polo al ecuador y aquí se vuelve a pesar en una balanza de resorte (dinamómetro), se notará una pérdida de 5 g de peso. Esta diferencia, verdaderamente, no es grande, pero cuanto más pesado sea el cuerpo, mayor será su pérdida de peso. Una locomotora que desde Arkángel llegue a Odesa, resultará ser en esta última 60 kg más ligera, es decir, en lo que pesa una persona adulta. Y un navío de línea de 20 mil toneladas que llegue desde el Mar Blanco al Mar Negro, perderá aquí, nada menos que 80 t. ¡Lo que pesa una buena locomotora!
¿A qué se debe esto? A que la esfera terrestre, al girar, tiende a despedir de su superficie todos los cuerpos, lo mismo que la sombrilla de nuestro experimento despide la pelotita que echamos en ella. La esfera terrestre despediría dichos cuerpos, pero a esto se opone el hecho de que la Tierra atrae hacia sí todos los cuerpos. A esta atracción le damos el nombre de «gravedad». La rotación no puede hacer que los cuerpos salgan despedidos de la Tierra, pero sí pueden disminuir su peso. He aquí por qué los cuerpos se hacen más livianos en virtud de la rotación de la esfera terrestre.
Cuanto más rápida sea la rotación, tanto más perceptible deberá hacerse la disminución del peso. Los científicos han calculado que si la Tierra girará no como ahora, sino 17 veces más deprisa, los cuerpos perderían totalmente su peso en el ecuador: se harían ingrávidos. Y si la Tierra girara con mayor rapidez aún, por ejemplo, si diera una vuelta completa en 1 hora, los cuerpos perderían por completo su peso no sólo en el mismo ecuador, sino también en todos los países y mares próximos al mismo.
Figúrese usted lo que esto significaría: ¡los cuerpos perderían su peso! Esto quiere decir que no habría cuerpo que usted no pudiera levantar: locomotoras, peñascos, cañones gigantescos, barcos de guerra enteritos, con todas sus máquinas y armamento podrían ser levantados por usted como si fueran plumas. Y si los dejara caer usted, no habría peligro: no aplastarían a nadie. Y no lo aplastarían por la sencilla razón de que no caerían, puesto que no pesarían nada. Permanecerían flotando en el aire en el mismo sitio en que los soltaran. Si usted se encontrara en la barquilla de un globo y quisiera tirar sus bártulos por la borda, éstos no caerían a ninguna parte, sino que permanecerían en el aire. ¡Qué mundo tan maravilloso sería éste! Podríamos saltar tan alto como nunca hayamos saltado ni en sueños: más alto que los edificios y las montañas más altas. Pero no lo olvide: saltar sería muy fácil, pero volver a caer, imposible. Exento de peso, de por sí, no caería usted a tierra.
Este mundo tendría otras incomodidades. Imagíneselas usted mismo: todas las cosas, tanto pequeñas como grandes, si no estuvieran sujetas, saldrían volando en cuanto soplara la más leve brisa. La gente, los animales, los automóviles, los carros, los barcos, todo se movería desordenadamente en el aire, rompiéndose, estropeándose y mutilándose entre sí.
Eso es lo que ocurriría si la Tierra girara mucho más de prisa.
http://www.librosmaravillosos.com/problemasyexperimentos/capitulo02.html
Fuerzas centrifugas o centrípetas
Paraguas o sombrilla
pelota, o bola de papel un objeto pequeño que no se rompa
Procedimiento
Abrimos la sombrilla o el paraguas y apoyamos la contera en el suelo y la hacemos girar, echamos dentro de ella un objeto ligero y que no se rompa
¿Que sucede?
Ocurrirá algo inesperado para usted. La sombrilla parece que no quiere admitir su obsequio: la pelotita o la bola de papel empiezan a subir solas hasta el borde de la sombrilla y desde allí salen despedidas siguiendo una línea recta.
Figura 19
Explicación
La fuerza que en este experimento lanza la pelota suele llamarse «fuerza centrífuga», aunque sería más correcto denominarla «inercia». Esta fuerza la encontramos cada vez que un cuerpo se mueve por un camino circular. Esto no es más que uno de los casos en que se manifiesta la inercia, es decir, la tendencia del objeto que se mueve a conservar la dirección y la velocidad de su movimiento.
Con la fuerza centrífuga nos encontramos con mucha más frecuencia de lo que sospechamos. Si usted hace girar con la mano una piedra atada a una cuerda, notará que la cuerda se tensa y amenaza romperse por la acción de la fuerza centrífuga. Un arma para arrojar piedras, tan antigua como la honda, funciona en virtud de esta misma fuerza. La fuerza centrífuga rompe las muelas de los molinos si giran demasiado de prisa y no son suficientemente resistentes. Si se da usted maña, esa misma fuerza le ayudará a hacer el truco con el vaso, del cual no se derramará el agua aunque lo ponga boca abajo: para esto no hay más que subir rápidamente la mano que sostiene el vaso, haciéndola describir rápidamente una circunferencia vertical. La fuerza centrífuga le ayuda al ciclista del circo a describir el vertiginoso «rizo de la muerte». Ella separa la nata de la leche en las desnatadoras; saca la miel de los panales en las centrifugadoras llamadas meloextractores; seca la ropa, extrayéndole el agua en secadoras centrifugadoras, etc.
Cuando un tranvía toma una curva, por ejemplo, cuando tuerce de una calle a otra, los pasajeros sienten directamente la fuerza centrífuga, la cual les empuja en dirección a la pared exterior del vagón. Si la velocidad del movimiento fuera suficiente, todo el vagón podría ser volcado por esta fuerza, si el raíl exterior de la curva no hubiera sido colocado más alto que el interior: a esto se debe que el vagón se incline ligeramente hacia dentro en las curvas. Parece extraño que un vagón que se inclina hacia un costado sea más estable que otro que se mantiene vertical.
Figura 20
Sin embargo es así. Y un pequeño experimento le ayudará a comprender cómo ocurre esto. Curve una hoja de cartón de manera que tome la forma de una superficie cónica de gran diámetro o, mejor, coja usted, si la hay en casa, una escudilla de pared cónica. También puede servir muy bien para nuestro fin una pantalla cónica de vidrio o de hojalata de las que se usan en las lámparas eléctricas. Una vez que disponga de uno de estos objetos, haga rodar por su interior una moneda, un pequeño disco metálico o un anillo. Describirán círculos por el fondo del recipiente inclinándose sensiblemente hacia dentro. A medida que la moneda o el anillo vayan perdiendo velocidad, las circunferencias que describan serán cada vez menores y se aproximarán al centro del recipiente. Pero bastará girar levemente dicho recipiente, para que la moneda vuelva a rodar con mayor rapidez; y entonces se alejará del centro describiendo cada vez mayores circunferencias. Y si adquiere mucha velocidad, podrá incluso, rodando, salirse del recipiente.
Para las carreras de bicicletas, en los velódromos se hacen pistas circulares especiales, las cuales, como podrá usted comprobar, sobre todo donde las curvas son cerradas, se construyen con una inclinación considerable hacia el centro (peralte). La bicicleta da vueltas por estas pistas manteniéndose en una posición muy inclinada -lo mismo que la moneda en la escudilla- y no sólo no se vuelca, sino que, al contrario, precisamente en esta posición, adquiere una estabilidad extraordinaria. En los circos, los ciclistas llaman la atención del público describiendo circunferencias por un tablado muy empinado. Ahora comprenderá usted que esto no tiene nada de particular. Lo que sí sería un arte difícil para el ciclista es dar vueltas así por una pista horizontal lisa. Por esta misma razón se inclinan también hacia dentro, en las curvas cerradas, el jinete y el caballo.
De estos hechos pequeños pasaremos a uno más grande. La esfera terrestre, en que habitamos, es un cuerpo en rotación y en él debe manifestarse la fuerza centrífuga. ¿En qué se manifiesta? En que debido a la rotación de la Tierra todos los cuerpos que hay en la superficie se hacen más livianos. Cuanto más cerca del ecuador, tanto mayor es la circunferencia que tienen tiempo de describir los cuerpos en 24 horas, es decir, giran a mayor velocidad y, por lo tanto, pierden más peso. Si una pesa de 1 kilogramo se traslada desde el polo al ecuador y aquí se vuelve a pesar en una balanza de resorte (dinamómetro), se notará una pérdida de 5 g de peso. Esta diferencia, verdaderamente, no es grande, pero cuanto más pesado sea el cuerpo, mayor será su pérdida de peso. Una locomotora que desde Arkángel llegue a Odesa, resultará ser en esta última 60 kg más ligera, es decir, en lo que pesa una persona adulta. Y un navío de línea de 20 mil toneladas que llegue desde el Mar Blanco al Mar Negro, perderá aquí, nada menos que 80 t. ¡Lo que pesa una buena locomotora!
¿A qué se debe esto? A que la esfera terrestre, al girar, tiende a despedir de su superficie todos los cuerpos, lo mismo que la sombrilla de nuestro experimento despide la pelotita que echamos en ella. La esfera terrestre despediría dichos cuerpos, pero a esto se opone el hecho de que la Tierra atrae hacia sí todos los cuerpos. A esta atracción le damos el nombre de «gravedad». La rotación no puede hacer que los cuerpos salgan despedidos de la Tierra, pero sí pueden disminuir su peso. He aquí por qué los cuerpos se hacen más livianos en virtud de la rotación de la esfera terrestre.
Cuanto más rápida sea la rotación, tanto más perceptible deberá hacerse la disminución del peso. Los científicos han calculado que si la Tierra girará no como ahora, sino 17 veces más deprisa, los cuerpos perderían totalmente su peso en el ecuador: se harían ingrávidos. Y si la Tierra girara con mayor rapidez aún, por ejemplo, si diera una vuelta completa en 1 hora, los cuerpos perderían por completo su peso no sólo en el mismo ecuador, sino también en todos los países y mares próximos al mismo.
Figúrese usted lo que esto significaría: ¡los cuerpos perderían su peso! Esto quiere decir que no habría cuerpo que usted no pudiera levantar: locomotoras, peñascos, cañones gigantescos, barcos de guerra enteritos, con todas sus máquinas y armamento podrían ser levantados por usted como si fueran plumas. Y si los dejara caer usted, no habría peligro: no aplastarían a nadie. Y no lo aplastarían por la sencilla razón de que no caerían, puesto que no pesarían nada. Permanecerían flotando en el aire en el mismo sitio en que los soltaran. Si usted se encontrara en la barquilla de un globo y quisiera tirar sus bártulos por la borda, éstos no caerían a ninguna parte, sino que permanecerían en el aire. ¡Qué mundo tan maravilloso sería éste! Podríamos saltar tan alto como nunca hayamos saltado ni en sueños: más alto que los edificios y las montañas más altas. Pero no lo olvide: saltar sería muy fácil, pero volver a caer, imposible. Exento de peso, de por sí, no caería usted a tierra.
Este mundo tendría otras incomodidades. Imagíneselas usted mismo: todas las cosas, tanto pequeñas como grandes, si no estuvieran sujetas, saldrían volando en cuanto soplara la más leve brisa. La gente, los animales, los automóviles, los carros, los barcos, todo se movería desordenadamente en el aire, rompiéndose, estropeándose y mutilándose entre sí.
Eso es lo que ocurriría si la Tierra girara mucho más de prisa.
http://www.librosmaravillosos.com/problemasyexperimentos/capitulo02.html
Fuerzas centrifugas o centrípetas
Se hace girar de modo estable el tapón de caucho de la figura, fijando un radio arbitrario. Si se mide el periodo de la oscilación, el radio de la órbita y las masas responsables de la fuerza centrípeta, es posible medir la aceleración y la masa inerte del tapón (que debe coincidir con su masa gravitatoria medida en una balanza). Explicación Con esta experiencia se pretende identificar las fuerzas centrípetas (o centrífugas, según el observador), así como diferenciar y relacionar las magnitudes masa inerte y masa gravitatoria. |
miércoles, 8 de septiembre de 2010
Balancín con una vela
Material
- 2 copas o similar
- una vela
- cerillas
- aguja grande
- regla o cinta métrica
Procedimiento
Con la regla medimos la longitud de la vela y en el centro exacto ensartamos una aguja.
Apoyamos un extremo de la agua sobre una copa y el otro extremo sobre la otra copa.
Prendemos un extremo de la vela y luego el otro.
¿Qué sucede?
La vela empieza a balancearse.
Explicación
La vela aplica una fuerza en un extremo hacia abajo, lo que causa una diferencia de peso inversamente proporcional en el otro extremo que tiende a subir, entonces la vela por el otro extremo aplica una fuerza directamente proporcional también hacia abajo para contrarrestar esa diferencia de peso y así hacer que el ciclo se repita.
- 2 copas o similar
- una vela
- cerillas
- aguja grande
- regla o cinta métrica
Procedimiento
Con la regla medimos la longitud de la vela y en el centro exacto ensartamos una aguja.
Apoyamos un extremo de la agua sobre una copa y el otro extremo sobre la otra copa.
Prendemos un extremo de la vela y luego el otro.
¿Qué sucede?
La vela empieza a balancearse.
Explicación
La vela aplica una fuerza en un extremo hacia abajo, lo que causa una diferencia de peso inversamente proporcional en el otro extremo que tiende a subir, entonces la vela por el otro extremo aplica una fuerza directamente proporcional también hacia abajo para contrarrestar esa diferencia de peso y así hacer que el ciclo se repita.
viernes, 3 de septiembre de 2010
Un experimento muy sano. La fuerza centrípeta
Material
- una pera,
- una uva,
- un trozo de hilo y
- un bolígrafo.
- canuto (tubo de bolígrafo)
- 45 cm de hilo
¿Qué sucede?
Explicación
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.
Si soltamos el hilo la pera baja y la uva sube
El sorprendente comportamiento de la arena
A pesar de su aparente simplicidad los materiales granulares como la arena, el balasto de las vías del tren o el contenido de los paquetes de cereales presentan una variedad sorprendente de propiedades y a menudo un comportamiento desconcertante
Efectivamente, estos materiales que, en ciertos aspectos parecen intermedios entre los líquidos y los sólidos, se diferencian notablemente de estos dos estados de la materia en numerosas situaciones.
Materiales
- arena
- recipiente (vaso o cubo de plástico)
- palo o lápiz algo rugoso
Procedimiento
LLenamos de arena el vaso de plástico.
Enterramos parcialmente el palo dentro del vaso
Golpeamos con suavidad el envase contra la mesa durante un cierto tiempo con la finalidad de compactar la arena. Agarramos el palo y tiramos hacia arriba.
¿Qué sucede?
Comprobamos que hemos compactado tanto la arena que puedes levantar el conjunto de vaso con arena, simplemente, agarrando el palo con la mano y tirando suvemente hacia arriba.
Explicación
Cuando los materiales granulares están perfectamente compactados, aparecen unas fuerzas que empujan un grano contra otro. El conjunto de granos se dispone formando arcos entre las paredes del vaso y el palo de madera. La resultante de las fuerzas es una fuerza de componente horizontal entre la pared y el palo.
Debido a la fricción, hay una fuerza tangente a la pared, dirigida hacia arriba, opuesta al peso.
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