sábado, 19 de mayo de 2012

Física con juguetes - Rampwalker 1

No es el primer juguete que enseñamos en el blog (se realizó un artículo en diciembre del año pasado sobre un árbol del sonido), ni será el ultimo, puesto que a partir de ahora se abre una nueva sección en Cluster destinada a explicar la física de algunos juguetes realmente curiosos.

El segundo entonces, pero el primero en inaugurar esta nueva sección se trata de una modalidad de rampwalker. Los rampwalkers son estos simpáticos juguetes capaces de andar por encima de la mesa (tablewalker) o los que bajan por planos inclinados. Del que vamos a hablar hoy es un tablewalker, y consta de dos figuras unidas (4 patas) unidas mediante un hilo de nylon a la pelota. Todas las figuras y la bola son de madera.



Las patas están redondeadas en la zona inferior, de esta manera al dejar caer la bola de la mesa, la fuerza del peso tira del cable de nylon, haciendo mover a los dos simpáticos muñecos. Este juguete tan simple cumple una gran cantidad de propiedades físicas, y nos puede servir en clase para explicar una gran cantidad de cosas.



Hablando en términos físicos podemos decir que la fuerza del peso de la bola que queda colgada tira a través del hilo de nylon de los muñecos. Ésta fuerza que se transmite a través del nylon se denomina Tensión y es la causante del movimiento de los muñecos. Al estirar la nariz del primero se genera un momento de fuerza que hace mover el cuerpo y por consiguiente las patas del muñeco. Si nos fijamos en la fuerza de rozamiento, ésta ha de ser suficientemente elevada como para no permitir que el juguete se deslice. Este efecto se puede conseguir jugando con el peso de la bola, el peso del juguete (y su fuerza normal) y con el coeficiente de rozamiento entre la mesa y las patas del juguete.


No obstante, existe un fenómeno realmente interesante que no hemos comentado. Fijaos en el siguiente vídeo:




¿Por qué no cae?

Realmente, la física involucrada en este fenómeno es fascinante, y nos demuestra que los principios físicos y las matemáticas se cumplen de manera increíblemente exacta. Al inicio del movimiento el objeto se encuentra lejos del borde de la mesa. La tensión que actúa en la bola posee dirección vertical y sentido ascendente. Esta tensión posee una reacción de fuerza según la tercera ley de Newton, en el otro extremo del cable, atada a la punta de la nariz del juguete. Esta tensión, no obstante no posee una dirección horizontal o vertical, sino que posee un ángulo determinado con al horizontal. Físicamente y matemáticamente hablando la tensión puede descomponerse en dos tensiones, una vertical (Ty) y otra horizontal (Tx).


La componente Ty no realiza una fuerza capaz de desplazar el objeto, diremos pues que no realiza trabajo. Su función principal es la de aumentar la fuerza normal, para así aumentar la fuerza de rozamiento del juguete. La componente Tx si que realiza trabajo, y por lo tanto desplazamiento al juguete. Es la causante de que se mueva.

Si nos fijamos atentamente, a medida que el juguete avanza el ángulo con la horizontal aumenta, dejando la componente Tx cada vez mas pequeña, y la componente Ty mas grande, hasta que llega un momento en que se consiguen los 90º y no hay componente Tx. Toda la Tensión se ha convertido en Ty y no hay ninguna fuerza que arrastre el juguete y por tanto que realice trabajo. Es entonces cuando el muñeco se para.


La dificultad estriba en conseguir un peso en la pelota de manera que pueda hacer mover el objeto, pero no realice momento para hacerlo caer cuando llega al borde de la mesa. Obviamente no funciona este efecto con mesas redondeadas, donde el rampwalker cae por la acción de la gravedad inexorablemente.

La primera vez que vi estos simpáticos juguetes fue en las fantásticas demostraciones realizadas por Julius Sumner Miller, colgadas en youtube por logindoss. Miller, un reconocido físico, alumno y amigo personal de Albert Eisntein, se hizo realmente famoso por sus demostraciones prácticas y por su curioso talante en unos programas de física para niños "What it is so?" i "Science Demonstracions". Sus clases siempre empezaban de la misma manera:

- How do you do, ladies and gentlemen, boys and girls? I am Julius Sumner Miller, and physics is my business.
-"Como están damas y caballeros, chicos y chicas? Soy Julius Sumner Miller y la física es mi trabajo."





El juguete que he utilizado para este vídeo, y que utilizo en clase, se puede conseguir a traves de la página web de Perpetuum-mobile. Una empresa suiza de juguetes científicos muy curiosa y recomendable.

Saludos

Sergio

Quizás tambien te guste

Related Posts Plugin for WordPress, Blogger...