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experimentos de física y química para hacer con lo que tengas en casa

Ultima actualización, Martes 06 de Abril de 2004

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Explosión de un globo de agua en camara lenta

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Experimentos con rozamiento
 
MATERIALES: mesa, caja de cartón o bandeja de plástico, cinta adhesiva, hilo de coser, Vasito descartable, tabla de madera de 20x50 (aproximadamente), trasportador (sólo si sabés medir ángulos), bolitas o botones (más o menos del mismo peso)

PROCEDIMIENTO:
  1. Fijá el lapiz a un borde de la mesa con cinta adhesiva.
  2. Atá un extremo del hilo de coser a la cajita plástica del casete.
  3. Atá el otro extremo del hilo al vasito plástico y asegurate que este derecho cuando cuelgue del hilo.
  4. La cajita vá sobre la mesa y el vasito colgando como indica la figura.
  5. Si la cajita se mueve agregale un poco de peso metiéndole algo adentro (bolitas, plastilina, botones, etc).
  1. Ahora colocá algunas bolitas en el vaso. Probablemente la cajita no se mueva. Segui metiendo bolitas cuidadosamente hasta que la caja comience a moverse. Cuando esto pase anotá la cantidad de bolitas que hay en la cajita y las que tuviste que poner en el vaso. Otra opcion es la de reemplazar las bolitas por agua. Agregás agua en el vaso hasta que la cajita se empieza a mover, luego la volcás en un recipiente con marcas de volumen para líquido y anotas la marca.
  2. Agregale el doble de bolitas a la caja y repetí el procedimiento. Seguramente vas a necesitar agregar varias bolitas más en el vaso para que la caja comience a ser arrastrada. Cuando esto pase anotá de nuevo.
  3. Repetí el procediemiento varias veces. Vas a comprobar que hay una relación entre la cantidad de bolitas en la caja y las que hay en el vaso. En definitiva vas a encontrar una relación entre el peso total de la cajita y la fuerza con que la estamos arrastrando.
Veamos lo que pasa con más detalle. Tanto la base de la caja (roja) como la superficie de la mesa (verde), tienen cierto grado de rugosidad (aunque a simple vista nos parezcan planas). En la figura la rugosidad se representa como los "dientes" de un engranage muy irregular. Estos dientes se encastran mas y mas a medida que agregamos peso en la caja impidiendo que se mueva fácilmente cuando tiramos de ella. La fuerza de arrastre se representa como una flecha negra. Aparece por lo tanto una fuerza de rozamiento que en la figura es la flecha roja que apunta
a la izquierda. Mientras la caja no se mueva estas fuerzas son iguales y el rozamiento se denomina estático.

Aumentemos la fuerza de arrastre agregándole un poco de agua al vaso (o algunas bolitas) . Si la caja no se mueve es porque la fuerza de rozamiento estático tambien creció y se igualó a la fuerza de arrastre.

Si seguimos agregando agua al vaso llegará un punto en que la caja comenzará a moverse. En ese punto la fuerza de rozamiento habrá alcanzado su valor estático máximo. Su valor es igual al peso del vaso.

Ahora la caja se mueve. Eso no quiere decir que el rozamiento desapareció sino que la fuerza de arrastre es mayor que la fuerza de rozamiento. El rozamiento todavia existe pero se denomina dinámico. El valor de la fuerza de rozamiento dinámico (flecha verde en la figura) es menor que el de la fuerza de rozamiento estática máxima.

 

Podemos encarar nuestro estudio del rozamiento desde otro ángulo. Para ello vamos usar la cajita con las bolitas y una tabla mas o menos lisa que ubicaremos sobre la mesa.

  1. Poné en la cajita algunas bolitas y colocala sobre un extremo de la tabla.
  2. Tomá la tabla por este extremo y levantala un poco como se indica en la figura. De esta manera aumentás el angulo de inclinación entre la tabla y la mesa.
  3. Continuá levantando la tabla lentamente hasta que la cajita comience a caer. El movimiento de la cajita comenzará para un determinado ángulo entre la tabla y la mesa. Si sabés usar el trasportador medí este ángulo y anota el valor en una hoja, junto con el número de bolitas que hay en la caja.
  1. Agregá el doble de bolitas en la caja y repeti el procediemiento. De nuevo comprobarás que hay una relación entre el ángulo para el cual la cajita comienza a caer y el número de bolitas en la caja.

Vamos a aprovechar que tenemos bolitas y una tabla hacer un último experimento que tiene que ver con el fenómeno de las avalanchas (objeto de otra sección) pero tambien con el rozamiento.

  1. En primer lugar comprobá lo siguiente: una bolita apoyada en una tabla horizontal no se mueve pero apenas se inclina la tabla comienza a rodar. Una vez hecha esta evidente pero importante comprobación, pasamos al experimento.
  2. Sujeta un escarbadientes a la tabla con cinta adhesiva tal como se indica en la figura.
  3. Incliná la tabla un poquito la tabla y trata de equilibrar una bolita tal como se vé en la figura.
  1. Ahora que la bolita no rueda y está equilibrada comenzá a inclinar suavemente la tabla. Mientras que la inclinación es pequeña el escarbadientes, que funciona como una protuberancia en la tabla, será capaz de impedir que la bolita ruede. Pero si inclinás mucho, la bolita pasará el obstáculo y comenzará a rodar. Registrá el ángulo para el cual pasa esto y también el diámetro de la bolita.
  2. Repetí el experimento con una bolita más grande. Anotá su diámetro y tambien el ángulo para el cual la bolita salta el obstáculo. Si hiciste todo bien vas a comprobar que en este caso el ángulo es menor que en el primero.
Si no encontrás ninguna relación entre la experiencia anterior y el desarrollo de una avalancha, mirá el grafico a la derecha. Las bolitas podrian ser los granos de una pila de arena o las piedras en la ladera de una montaña. Identificamos a una en particular pintándola de rojo. Esta claro que en el dibujo A la bolita esta bien "atascada" y no se cae. Igual que en la experiencia con el escarbadiente. Pero si se aumenta el ángulo de inclinación de la ladera, como sucede en la figura B, la bolita roja se libera y cae.
Al caer adquiere cierta velocidad y por lo tanto cierta energia. Es posible que esta energia sea suficiente para "liberar" a otras bolitas de mas abajo cuando choca con ellas. Y estas liberarán a otras y asi, iniciándose una avalancha. Claro que para que esto pase no es suficiente con que una bolita se libere. Ademas deben ocurrir otras cosas, como por ejemplo que el ángulo de inclinacion sea de un valor determinado, etc.
Una pila de arena es un medio granular como puede ser un montoncito de azucar, cafe molido o fideos municiones. Si querés ver algunas experiencias caseras en medios granulares entrá acá.

 


Ver otro experimento

Péndulos acoplados 

MATERIALES: 3 metros de hilo, dos tuercas grandes iguales o dos objetos pequeños y pesadas, dos sillas con respaldo.

 

PROCEDIMIENTO:

  1. Coloca las sillas respaldo contra respaldo separadas 60cm.
  2. Corta un trozo de hilo de aproximadamente un metro y atalo a los respaldos de la silla como indica la figura.
  3. Ata dos trozos de hilo separados unos 10 cm a la cuerda entre las sillas.
  4. Ata las tuercas a los extremos sueltos de los dos hilos. Tienen que quedar dos péndulos de 60 cm. Guiate por la figura.
  1. Pone a oscilar con mucho cuidado uno de los péndulos tratando de que el otro no se mueva.

Vas a observar un fenómeno muy curioso e interesante.

El primer péndulo oscilara durante unos instantes movido por la energía que le imprimiste al sacarlo de su posición de equilibrio. Al cabo de un tiempo comenzará a frenarse gradualmente. Vas a notar que conforme esto pasa, el segundo péndulo comienza a oscilar y la amplitud de sus oscilaciones aumenta. Sucederá que el primer péndulo se frene por completo mientras que el segundo oscile con la máxima amplitud como si le hubiera "absorbido" por completo la energía del primer péndulo.

Para fanáticos: hacé click acá para más detalles sobre el problema de los péndulos acoplados: ecuaciones, soluciones, graficos, etc.

Y más! El Ing. Daniel Abraham (docente de la Fac. de Ingenieria UBA, nos ilustra sobre el problema de dos resortes acoplados en el que también se presenta el fenómeno de intercambio de energia. Se puede bajar un macro en Excel que permite seleccionar los parámetros del problema y obtener las soluciones correspondientes. Hacé click acá.

 

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