Energías con Slinky

¡¡Hola a todos!! Hoy vamos a volver a hablar de física y de energías, gracias a otro juguete muy famoso (estamos con juguetes últimamente, es que dan mucho "juego"...), el conocido Slinky. Quizás a muchos de vosotros no os suene, pero seguro que si a vuestros padres, o lo habéis podido ver en alguna película. Se trata simplemente de un muelle, suficientemente largo (80 espirales), y con una constante elástica lo suficientemente pequeña, como para que se pueda estirar fácilmente y así demostrar ciertas propiedades físicas asombrosas.

El juguete fue inventado por el ingeniero naval Richard James sobre el 1940 y puesto a la venta en 1945, ya con un gran éxito. En clase de física muchos profesores lo utilizan para diferenciar ondas longitudinales y ondas transversales y los especialistas en efectos especiales lo utilizan para realizar el sonido del disparo láser de las películas como Star Wars, estirando uno de sus extremos y colocando un amplificador en el medio.

Pero eso no es todo lo que puede hacer este fantástico juguete. En este artículo hablaremos de la particularidad mas interesante, que es la de bajar escaleras solo. Para eso, y antes de empezar a soltar el rollo os dejo un par de vídeos, el del blog y el anuncio original del juguete.

¿Pero como es posible que realice él solo este movimiento?

Bueno, él solito no realiza el movimiento, cuenta con la ayuda inestimable de la fuerza de gravedad, que hace, y mucho. El movimiento se puede explicar fácilmente a través del concepto de energías, que ya en alguna ocasión hemos utilizado en el blog. Al situarse el muelle en una posición elevada diremos que posee almacenada una cierta cantidad de energía potencial gravitatoria, que se convertirá en energía cinética (de movimiento) al caer. No obstante al ser un muelle, al estirarse podrá acumular energía potencial elástica, así pues una vez ha bajado el primer escalón la energía potencial elástica se convierte en energía cinética, la necesaria para iniciar de nuevo el proceso.

El juguete se hizo tan famoso que se desarrollaron nuevos modelos mas sofisticados, como el perro Slinky, que utilizó Pixar como personaje secundario en la película Toy Story.

Os dejo algunos vídeos mas sobre este curioso juguete. El primero demuestra las propiedades del muelle en una cinta transportadora colocada con pendiente negativa. ¡¡El movimiento es infinito!!

El segundo vídeo es todavía mas espectacular, por esa razón lo he dejado para el final. Se trata de una caída a cámara lenta de un muelle Slinky totalmente desplegado.

¿Por qué sucede de esta manera? 

Parece que realmente se quede suspendido en el aire, esperando a que todas las anillas se reagrupen. Una explicación factible a este fenómeno sería la siguiente. En la caída del muelle actúan varias fuerzas, una es la gravedad, pero la otra es la fuerza elástica de recuperación del muelle, que tiende recuperar su forma. Al ser la fuerza elástica de mayor magnitud, ésta actúa mas rápidamente y por ello da la impresión de que no cae. Eso explicaría parcialmente el fenómeno, es cierto que es de mayor magnitud, y el proceso es muy rápido, pero aun realizando una cámara muy lenta se observa que el extremo mas bajo del muelle no se mueve nada.

Una explicación mas elaborada consistiría en hablar del muelle como un sistema de partículas complejo y unido. Cuando se trabaja en sistemas de partículas no podemos considerar cada una de las partículas del sistema, sino todo su conjunto. En estos supuestos se considera el movimiento del sistema como el movimiento del centro de masas del sistema. Efectivamente, el extremo inferior no se mueve, pero sí lo hace el centro de masas del sistema, que se ve afectado por la fuerza de gravedad.

El fantástico canal de Veritasium realizó un par de vídeos para explicar el fenómeno, y su mágica explicación consiste en lo siguiente: cuando tenemos desplegado el muelle, el extremo inferior no cae porque nosotros estamos sosteniendo el muelle con la mano. En el momento en que soltamos el extremo superior del muelle, éste al no estar sostenido por la mano empieza a caer. No obstante al extremo inferior aún no le ha llegado la información de que no está sostenido, y por tanto no cae. En el momento en que la información llega, él extremo inferior junto con el superior caen. Os dejo los vídeos, que son muy interesantes.








¡¡Espero que os haya gustado!!! Un saludo,

Sergio