En
esta actividad aprovechamos la forma del interior de un globo
infladopara explicar, entre otros efectos, el giro de los satélites
alrededor de la Tierra.
Materiales:
- Un globo, a poder ser, semi-transparente
- Monedas de distintos valores
- Otros objetos que puedan rodar
Preparación:
Se introduce un moneda en el globo, se infla y se anuda el
extremo. Es conveniente empezar por una moneda con el borde liso, que
rodará con mucha suavidad. Se hace girar el globo hasta que se consigue
que la moneda ruede en una trayectoria circular por dentro del globo. La
moneda seguirá girando por sí misma durante unos segundos sin necesidad
de seguir moviendo el globo. Para ilustrar el procedimiento, hemos
tomado prestada esta animación de
Steve Spangler Science.
Explicación:
Con este experimento se pueden ilustrar distintos conceptos de la física:
1. El movimiento de los satélites.
Dice la 1º ley de Newton que "
Todo cuerpo persevera en su estado de reposo o movimiento uniforme y
rectilíneo a no ser que sea obligado a cambiar su estado por fuerzas
impresas sobre él". Es decir, si aplicamos una fuerza inicial a la
moneda, y la dejamos libre, esta seguirá una trayectoria recta. En este
caso se mueve en círculos, luego debe haber una fuerza que la sujete en
esos círculos. En nuestro experimento esa fuerza la ejerce el globo, que
sujeta a la moneda en su interior. Pero ¿qué pasaría si no pudiéramos
ver el globo, pero aún viéramos que la moneda se mueve en círculos? Eso
es lo que les sucede a los satélites, como nuestra Luna. Vemos que se
mmueve en círculos y tenemos que suponer que existe una fuerza que la
sujeta para que no escape de ese círculo. Esa fuerza no es otra que la
Gravedad.
2. Rozamiento
Una moneda al rodar no es detenida por el rozamiento con el suelo, al
contrario, nos conviene que la superficie del suelo tenga cierto agarre
para que la moneda gire sin deslizamiento. Todos estamos famliarizados
con el hecho de que una rueda o pelota que rueda por el suelo llega
mucho más lejos que un objeto que tuviera que avanzar patinando sobre el
suelo. La moneda dentro del globo solo encuentra dos fuerzas que la
intentan frenar: el rozamiento con el aire, y la adherencia con el globo.
La adherencia no es lo mismo que el rozamiento. El rozamiento se opone
al deslizamiento, la adherencia pega y despega el canto de la moneda con
la goma del globo a medida que avanza. Ambas fuerzas son muy débiles,
por eso la moneda sigue girando un rato después de que hayamos dejado de
empujarla.
Pero la fuerza de adherencia se puede aumentar, probando con
monedas de distintos materiales o con los bordes distintos. No sufrirá
el mismo frenado una moneda de 5 céntimos (de borde liso) que una de 10
céntimos (de borde estriado) esta última tiene una mayor adherencia con
la goma y se frenará más rápidamente.
3. El sonido como vibración
Aprovechando que disponemos de varias monedas distintas, podemos
observar que el sonido que emiten al girar es distinto. Varía de una
moneda a otra y varía también con la velocidad de giro. El sonido se
genera como una vibración de la moneda sobre el globo, y de éste sobre
el aire, que lo transmite hasta nuestros tímpanos. Al girar más rápido,
la frecuencia de la vibración se hace más rápida y con ella el sonido
más agudo. Al usar monedas estriadas, la vibración es más fuerte, y con
frecuencias muy rápidas, por lo tanto hará un sonido agudo y de mayor
volumen. Se puede probar con otros objetos para obtener otros sonidos.
4. ¿Por qué no se caen las bicicletas?
Si dejamos una bicicleta parada...se cae. Pero mientras está andando
¡se mantiene en equilibrio! Esto sucede porque el giro de las ruedas da
estabilidad al movimiento. Cuando un objeto gira adquiere un cierto
"momento de inercia". De este modo, en ausencia de fuerzas externas, un
objeto que gira tiende a mantener fijo su eje de giro. Así, una
bicicleta en movimiento no se cae porque para caerse los ejes de giro de
sus ruedas deberían inclinarse hacia un lado.
Del mismo modo, el giro de la moneda sobre sí misma da
estabilidad a su avance por el globo, y evita que cabecee y acabe
cayéndose de lado, cosa que hace sólo cuando se frena. Pero hay una
forma más espectacular de comprobarlo. Si, una vez establecido el giro,
se inclina el globo en distintas direcciones se observará cómo la moneda
sigue dando vueltas en el mismo plano. Es decir, si hemos hecho que la
moneda gire paralela a una pared de la habitación, al inclinar o girar
suavemente el globo, la moneda seguira girando paralela a la pared de la
habitación, como si no notara que el globo se ha movido
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