Experimentos Divertidos

El empuje de Arquimedes
Por qué Arquimedes dijo eureka?
Imagina que pesaste una piedra en una balanza. Ahora supon que la balanza y la piedra se
trasladan al fondo de una pileta con agua. Bueno, seguramente exclaramarás eureka o algo
parecido ya que la balanza te dirá que piedra debajo del agua "pesa" menos.
MATERIALES: una varilla de madera, hilo de barrilete, un vaso de plástico, una piedra, una
fuente profunda con agua, un recipiente de cocina para medir líquidos.
PROCEDIMIENTO:
En realidad no es que la piedra sumergida pese menos. Pesa exactamente lo mismo que fuera
del agua, lo que sucede es que el agua ejerce sobre la piedra una fuerza hacia arriba que se
denomina empuje. Esta fuerza, que "tira" de la piedra para arriba hace que la balanza
sumergida marque menos. Con esta experiencia comprobaremos la existencia del empuje y lo
mediremos. Pero para eso tenemos que construir primeramente una balanza.
Toma la varilla de madera. Encontrá
su punto medio y ata un trozo de hilo
de barrilete. En un extremo ata un
hilo del que cuelgue la piedra. Del
otro extremo ata un trozo de hilo del
que cuelgue el vaso plástico.
Ahora ata el hilo del medio de algun
punto alto. El peso de la piedra hace
que la varilla quede vertical y el
extremo del vaso mas alto. A medida
que agregues agua al vaso la varilla
se irá inclinando hasta llegar a la
posición horizontal. Cuando llegues a
este punto de equilibrio el peso de la
piedra es igual al peso del vaso con
agua. Si ponés mas agua la varilla se
inclinará indicando que el peso del
vaso con agua es mayor que el de la
piedra. En ese caso, extrae el agua
excedente con la ayuda de un
sorbete o cuentagotas hasta
reestablecer el equilibrio (ver figura
superior).
Ahora con cuidado sumerge la piedra
en una fuente con agua sin que toque
el fondo. La varilla de la balanza se
inclinará indicando que el vaso con
agua pesa mas que la piedra! (ver
figura inferior). Ya dijimos que la
responsable de este efecto es la
fuerza de empuje del agua de la
fuente sobre la piedra.
Para tener una idea de cuan grande
es esta fuerza, hacemos lo siguiente:
con el gotero extraemos
cuidadosamente agua del vaso y la
volcamos en otro vaso o alguno de
esos recipientes para medir líquidos
que suele haber en la cocina.
Seguimos extrayendo hasta que
nuestra balanza indique que el peso
del vaso con agua es igual al de la
piedra sumergida. Es importante que
en todo el experimento la piedra esta
totalmente sumergida y que no toque
el fondo.
Bueno, el agua extraida del vaso
tiene un cierto peso , ese peso es
exactamente igual a la fuerza de
empuje que buscábamos. Mas aún, si
el recipiente nos permite medir el
volumen de agua entonces ese
volumen es exactamente igual al
volumen de la piedra. Mas o menos
esto es lo que descubrió Arquímedes.
Gotas muy bien organizadas
MATERIALES: una placa de vidrio o acrílico transparente de 20 x20 cm (o más), una bandeja
de menos de 20 cm de lado y algunos centímetros de profundidad, agua, aceite, gelatina,
cualquier liquido que encuentres en la cocina, un nivel de albañileria (opcional)
PROCEDIMIENTO: Vamos a estudiar como se forman las gotas y como se organizan
siguiendo un patrón muy regular mediante un experimento muy pero muy sencillo.
1. Coloca la placa de vidrio o acrílico sobre la bandeja. Si
2.
3.
4.
5.
6.
7.
tenes un nivel de albañil utilizalo para verificar que la
placa este bien horizontal. El resultado del experimento
depende mucho de este factor.
Disolvé algunas cucharadas de gelatina coloreada en
agua caliente y dejá enfriar un rato hasta que el líquido
adquiera cierta "viscosidad". Es importante disolver
todos los grumos y que el líquido presente un aspecto
límpido y transparente.
Volcá dos o tres cucharadas del preparado sobre la
placa de vidrio. Usa la misma cuchara para
"desparramar" el líquido y formar una capa circular de
15cm de diámetro. No tienen que quedar agujeros en la
capa. Espera 10 minutos a que el espesor de la capa se
homogeneice.
Ahora gira la placa de modo que la capa de líquido
quede "mirando" para abajo y apoyala sobre la bandeja.
Es conveniente verificar previamente que cuando das
vuelta la placa también quede nivelada.
Lentamente, se van a formar gotas de gelatina líquida.
Vas a observar que las gotas "evolucionan": algunas
crecen y finalmente caen, otras se mueven y se acercan
entre si, es posible que dos o mas gotas colapsen, es
decir se junten y formen una gota mas grande que
debido al peso se termina cayendo.
Si la superficie esta muy bien nivelada, es posible que en
Para la foto de arriba se usaron
dos cucharadas de gelatina líquida,
la placa esta levemente
desnivelada.
Para la foto inferior se usaron
algunos lugares de la placa las gotas se "organizan"
formando cuadrados o hexágonos.
8. Si esperas un rato, la gelatina se solidifica por lo que el
dibujo de gotas va a quedar "congelado". Si en tu casa
tenes un scanner podes utilizarlo para obtener imágenes
de tus gotas como hice yo (fotos de la derecha)
tres cucharadas y la solidificación
se "aceleró" colocando una bolsa
plastica con hielo sobre la placa
de vidrio.
9. Podés ensayar con líquidos diferentes, una buena opción es utilizar aceite de cocina. El
procedimiento es similar, el secreto es que la capa sea muy fina y cubra uniformemente
la superficie de la placa.
Porque se forman gotas?: Inestabilidad de Rayleigh-Taylor o Inestabilidad gravitatoria
Supongamos que ya hemos dado vuelta nuestra placa
de vidrio con el fluido y que por alguna razón la
superficie del fluido se deforma convándose levemente
como indica la figura superior. Estamos viendo solo una
pequeña porción de la placa. El líquido comenzará a
fluir hacia esa región como indican las flechas azules.
Debido a esto, el volumen de la "panza" de líquido
crece y debido al peso, la curvatura aumenta como
muestra la figura del medio.
Ahora bien, al mismo tiempo que esto ocurre, la
superficie del fluido se "estira" como si fuera una malla
que contiene al fluido y evita que se caiga (ver por
ejemplo: "agua en la moneda"). Las flechas rojas
indican el sentido de la fuerza que realiza esta malla.
Usualmente se denomina a esta fuerza tensión
interfacial. Como se desprende del esquema, pareceria
que la malla "desea" estar lo mas plana posible.
Hay por lo tanto, dos efectos que compiten: por un lado la gravedad tira del fluido hacia abajo y
tiende a aumentar el volumen de la gota, este efecto es desestabilizante, por el otro lado, la
tensión interfacial contiene al fluido y evita que caiga, por lo tanto su efecto es estabilizante.
Si la capa de fluido sobre el vidrio es suficientemente gruesa, el flujo hacia la gota
(representado por las flechas azules) continua y la gota crece tanto que la tensión interfacial no
la puede contener más. En ese caso una gota se desprende y cae. Ganó el efecto
desestabilizante.
Pero si la capa de fluido es suficientemente fina el flujo hacia la gota se detiene cuando se
alcanza un equilibrio entre el peso de la gota y la tensión interfacial. El flujo hacia la gota se
detiene porque la capa no tiene suficiente fluido y los bordes de la gota estan muy delgados
como para permitir que el flujo continue. Ganó el efecto estabilizante, esto último es lo que
vemos en la figura inferior.
La tela de agua
La superficie del agua es como una tela muy resistente y flexible. Ya hemos visto en esta
misma página otros experimentos en donde esta propiedad del agua es puesta en evidencia.
Vimos que la "tela de agua" es capaz de evitar que se derrame el agua sobre una moneda
(click acá) o de impedir que se caiga la gota que cuelga sobre un techo o una canilla (click
acá). A este propiedad se la denomina tensión interfacial.
Es posible modificar la tensión interfacial del agua agregándole un poco de detergente.
Veamos que efectos produce esta modificación en una experiencia muy sencilla.
MATERIALES: un plato hondo, agua, detergente, un gotero (opcional).
PROCEDIMIENTO:




Vierte agua en el plato hondo.
Con un gotero dejá caer en el centro del plato con agua unas diez o quince gotas de
aceite (ver figura de la izquierda). Espera unos instantes a que la gota se desparrame y
se quede mas o menos quieta. Si podés tratá de medir el radio de la gota de aceite.
Ahora agregá al agua una pizca de detergente, con una gotita va a estar bien.
Vas a observar que la gota de aceite se achica como muestra la figura de la derecha.
Gota de aceite en plato con agua. Disminución de la gota de aceite
El agua está coloreada para mejor luego de agregar una gotita de
visualización
detergente
Que sucedió:
De acuerdo a lo que dijimos al principio la superficie del agua se comporta como una tela
flexible. Esta tela "estira" a la gota de aceite tanto como puede. Pero hete aqui que la gota de
aceite se "resiste" a ser estirada y "tira" hacia adentro tratando de mantenerse "chiquita", tanto
como le es posible. Al final se llega a una situación de equilibrio entre estas dos tendencias
representada en la figura de la izquierda.
El detergente tiene la propiedad de disminuir la tensión interfacial del agua, es decir, cuando
agregamos detergente la tela se debilita y ya no puede estirar tanto como al principio. Ahora
bien, la gota de aceite sigue tirando hacia adentro igual que antes por que el detergente no le
hace nada y por lo tanto en esta condición puede achicarse un poco, como se representa en la
figura de la derecha.
Que pasará si invertimos el experimento? Poné aceite en el plato y agregá unas gotas de agua.
Ahora agregá una pizca de detergente en la gota de agua y observá que pasá. Se agranda o
se achica?
Anillos de humo
Materiales: uno o dos potes plásticos de yogurt, plastilina, sahumerio.
Procedimiento:
1. Necesitás un pote vacio de yogurt,
2.
3.
4.
5.
6.
preferentemente los que tienen tapa de
plástico (ver figura).
Practicá un orificio de un centímetro de
diámetro en la tapa transparente.
Adhiere un trozo de plastilina en el fondo del
pote plástico. Ese va a ser nuestro portasahumerio.
Coloca en el portasahumerio, un trozo de
sahumerio de unos 10 cm de longitud.
Encende el sahumerio y ponele al pote la
tapa transparente. Espera unos instantes a
que se junte un poco de humo en el recinto.
Ya tenes tu generador de anillos de humo.
Toma el generador de anillos como si fuera
un vaso y apretalo levemente, eso hara que el
aire en el interior salga despedido a gran
velocidad generando un anillo. Podras ver
facilmente este anillo puesto que el aire
interior esta mezclado con el humo del
sahumerio.
Las figuras que siguen son algunos anillos de humo obtenidos con el generador de la foto. Se
ven mucho mejor si los iluminas con una luz potente.
Es importante que no haya corrientes de aire, puesto que estas estructuras son muy fragiles y
cualquier perturbación las destruye.
Con buena iluminación hasta es posible "ver" la estructura interna de un anillo y comprobar que
el flujoen su interior se organiza en capas. En otra sección de esta página podes ver una foto
de la estructura interna del anillo tomada en un laboratorio, tambien un video que muestra el
choque de dos anillos (click acá).
También es interesante estudiar la longitud rectilinea que un anillo puede avanzar hasta que
comienza a "desarmarse". Vas a comprobar que los anillos avanzan una longitud mayor cuanto
mas fuerte apretás el pote.
Agua en la moneda
MATERIALES: un gotero, moneda, agua, detergente, algun otro líquido
(alcohol, champu,etc)
PROCEDIMIENTO:
1. Cargá agua limpia en el gotero. Descargalo gota a gota sobre la
moneda, despacito hasta que rebalse.
2. Contá el número máximo de gotas que pudiste poner hasta que se
derramó.
La cantidad de gotas que se pueden poner sobre una moneda depende de
varios factores: primero y principal depende del tamaño de las gotas. También
depende de la limpieza de la moneda. Repetí el experimento pero antes limpiá
bien la superficie de la moneda. Seguramente el número de gotas que podés
poner cambia bastante.
¿Porqué el agua no se derrama y forma esa "cúpula" de agua sobre la moneda
(ver figuras)? Por una propiedad que se llama tensión superficial. Debido a
esta, la superficie del agua se comporta como una especie de "tejido"
impermeable que contiene al líquido en su interior evitando que se derrame.
Este "tejido" tiene una cierta resistencia (la tension superficial). Cuando hay
poco agua sobre la moneda el tejido resiste, pero cuando se la carga
demasiado se rompe.
Probá de agregar al agua del gotero un poco de detergente y repetí el
experimento. Vás a comprobar que la "cúpula" de líquido sobre la moneda es
mucho más chata, no tan voluminosa como la de agua pura. Sucede que al
agregar detergente el "tejido" se hizo menos resistente y se rompe con mucho
menos agua.
Repetí el mismo experimento con otros liquidos: aceite, alcohol, champu, etc.
La hoja de papel A4
MATERIALES: varias hojas de papel, de impresora, de diario, de envolver
regalos, etc.
PROCEDIMIENTO:
La idea detrás de este experimento es muy simple. Quizás por eso me fascina
desde que era chico: la duplicación. El objetivo de este experimento es estudiar
cuantas veces se puede doblar en dos una hoja de papel.
1. Tomá una hoja de papel (no necesariamente A4) y doblala prolijamente
por la mitad: va a quedar un rectángulo. Luego fijate cual es el lado más
largo de ese rectángulo y dobla nuevamente por ahi.
2. Repeti esta operación todas las veces que puedas sin romper el papel.
Prohibido usar una prensa hidráulica.
El experimento es muy simple y quizas por eso se tiende a pensar que el papel
se puede plegar muchas veces. Alguien que no habia hecho el experimento
llegó a contestar que "mas de 100 veces". Se sorprendió mucho al comprobar
que no se puede llegar mas que a 8 o 9 dobleces. Y esto con mucha dificultad!
Sucede que al doblar el papel también estamos duplicando el espesor del
mismo, y con ello las dificultades para seguir plegándolo.
Luego del primer plegado el e espesor es....el doble, esto es: E=2e . En esta
fórmula E es el espesor de la hoja doblada y e el espesor de la hoja original.
En el segundo plegado el espesor total será de E´= 2E, y por la formula anterior
E´ = 4e o bien E´ = 2*2e.
Mirando fijamente la última oración podemos inferir que, por ejemplo, en el
plegado número 8 el espesor total será de E´= 2*2*2*2*2*2*2*2*e . Haciendo la
cuenta de multiplicar comprobamos que en sólo 8 dobleces el espesor total
aumentó .....256 veces!!!!!
Este asunto de la duplicación tambien se puede trasladar a otros ámbitos. Por
ejemplo, si quisieramos saber cuántos parientes teniamos en un pasado
remoto.
Empezamos la cuenta por nuestros padres: 2 (como máximo).
Seguimos por nuestros abuelos (segunda generacion): en total 4 (o bien 2*2).
Luetgo los bisabuelos, es decir generación 3: 8 (o bien 2*2*2).
Tatarabuelos (generación 4): 16 (o bien 2*2*2*2).
A partir de esto pocos ejemplos es fácil ver que en la 20-ava generación
teniamos un total de........1.048.576 parientes!!
Y si seguimos para atrás en el tiempo la cantidad de parientes sigue
aumentando!!
La cuenta que realizamos, perfectamente correcta, parece sugerir que en el
pasado remoto había mucha mas gente de la que hay ahora, y todos parientes,
es posible esto???
Un tornado en una botella
MATERIALES: una botella de plástico transparente con tapa, agua
Tal como van indicando los resultados parciales de la encuesta, el sentido de
giro del agua del excusado (inodoro) en el hemisferio sur es......INDISTINTO!!!.
Hay una tendencia de la gente a responder que gira en sentido antihorario y
que este sentido esta determinado por la fuerza de Coriolis. El error nace de
aplicarle al agua del excusado lo mismo que vale para un huracán que es una
masa de aire de varios miles de kilometros de extension. Pues no, el giro de un
huracan si esta determinado por Coriolis puesto que esta fuerza tiene varios
cientos de kilometros sobre los que actuar. Esta comprobado que Coriolis ni
siquiera determina el sentido de giro de los tornados que son objetos bastante
mas grandes que un inodoro. Pero basta de charla y vamos a hacer un tornado
en casa.
PROCEDIMIENTO:
1. Hacé un orificio en la tapa de la botella de alrededor de 5 o
6 mm de diámetro. Si tenes varias tapas, mejor, haciendo
orificios de distinto diámetro podrás experimentar los
efectos de este parámetro sobre el torbellino.
2. Llena parcialmente de agua la botella. Ajusta la tapa.
3. Dá vuelta la botella poniendo un dedo sobre la tapa para
Hacé click
que no se vuelque el agua.
sobre la
imagen
para
4. Mové la botella de manera de imprimirle al agua un
ver
un
movimiento de giro. Saca el dedo y deja que salga el agua.
video de 400K
Vas a ver como enseguida se forma un remolino. Como el
de la foto.
Con este sencillo experimento se pueden estudiar varios fenómenos, por
ejemplo cual es la influencia del giro inicial. Por ejemplo, podés experimentar
dándole al agua en la botella distintas intensidades de giro inicial y estudiar
cuando se forma el torbellino.
Con las tapas que preparaste podes estudiar cual es la influencia del tamaño
del orificio.
Un experimento muy interesante consiste en comparar cuanto tarda en salir
toda el agua si en la experiencia se forma un torbellino y compararlo con el
tiempo que tarda cuando el torbellino no se forma (tendrías que comprobar que
cuando hay torbellino la botella se desagota más rápido que cuando no esta,
tenés idea del porque?).
Vasos comunicantes
MATERIALES: 2 botellas de plástico, un tubo de plástico
PROCEDIMIENTO: Quita la base de las dos botellas. Une el conjunto con el tubo de plástico
como muestra la figura (es necesario que los cierres sean herméticos). Llena la botella B de
agua. Busca la manera de disponer la botella con respecto a la B para que el agua suba a
diferentes alturas. Si quitas la botella A y colocas el tubo en un recipiente obtendrás un chorro
de agua. ¿Qué efecto se produce si reduces el tamaño del orificio del tubo?¿qué otras
soluciones permiten aumentar la altura del chorro de agua?
Sifón
MATERIALES: 2 recipientes, un tubo de plástico
PROCEDIMIENTO: Coloca un recipiente vacío debajo de uno lleno de agua. Llena de agua el
tubo tapando uno de los extremos con el dedo. Coloca este extremo en el recipiente lleno de
agua y coloca el otro extremo en el recipiente vacío. Retira el dedo y el agua sube por el tubo
hasta caer en el recipiente vacío.
Tornillo de Arquímedes
MATERIALES: 1 eje (metálico, de madera), 1 botella de plástico, 1 tubo de plástico
transparente, 2 recipientes, 1 tubo de pegamento
PROCEDIMIENTO: Fija la botella sobre el eje de manera que queden unidos. Enrrolla el tubo
alrededor de la botella y pégalo. Con este tornillo de Arquímides podrás trasvasar agua de un
recipiente a otro.
Submarino
MATERIALES:Una botella de plástico, plastilina, un tubo de plástico, monedas, cinta adhesiva
PROCEDIMIENTO: Haz dos o tres agujeros pequeños en un lado de la botella. Pega con la
ayuda de la cinta adhesiva tres o cuatro monedas en el mismo lado de la botella. Estos pesos
harán que la botella se hunda. Coloca el tubo en el tapón de la botella cerrándolo con plastilina.
Coloca el submarino en la bañera, déjalo llenarse de agua y hundirse. Sopla el tubo para enviar
aire a la botella. Esto hace que el agua salga por los agujeros y permite que el submarino se
llene de aire. El submarino sube a la superficie.
Convección Térmica
MATERIALES NECESARIOS: 1caja de CD, papel aluminio, sahumerio (varilla de incienso para
aromatizar ambientes)
PROCEDIMIENTO:
1. Conseguí una caja de CD y sacale el plástico interior que sirve para colocar el disco.
Esta cajita va a funcionar como nuestra celda de "convección".
2. Vas a notar que queda una abertura de aproximadamente 1cm de alto x 12cm de
ancho. Tapá la abertura con un trozo rectangular de papel de aluminio y hacé una
ventanita tal como se muestra en la figura. (nota: usamos papel de aluminio para que
no se queme con la brasa del sahumerio).
3. Coloca la celda en forma vertical. Encendé el
extremo de la varilla de incienso (sahumerio) y
acercalo a la ventanita para que el humo ingrese
a la celda tal como se indica en la figura.
4. El humo comenzará a subir por el medio de la
celda. Cuando llegué a la parte superior
descenderá por los bordes permitiéndote
observar un fabuloso patrón de convección
térmica.
5. Es posible que en tu primeros diseños de la
celda el humo se se ponga rebelde y no quiera
entrar a la celda. En ese caso modificá la forma
de la ventana poniéndole aleros y si es necesario
un techito.
El humo esta formado por diminutas partículas de
carbón. Inicialmente estas particulas "navegan" en el aire
calentado por la brasa del sahumerio. El aire caliente es
mas liviano que que el aire frio que lo circunda y por lo
tanto tiende a subir, arrastrando hacia arriba las
partículas de carbón. Cuando el humo llega al tope de la
celda desciende por los bordes.
El densímetro: un aparato para medir la densidad de un líquido
Seguramente alguna vez escuchaste decir: esos dos son como el agua y el aceite, no se
mezclan. Esta frase se aplica normalmente a personas que son muy distintas entre si.
En efecto, el agua y el aceite son dos líquidos inmicibles entre si, es decir que no pueden
mezclarse como lo hacen por ejemplo el agua y el alcohol. Es una propiedad muy simple de
comprobar. En un vaso coloca unas cuantas cucharadas de aceite. Luego coloca agua hasta
completar la mitad y revuelve con una cuchara. Deja reposar un rato. Que pasa? El aceite va
hacia arriba y el agua se queda en la parte inferior del vaso. Efectivamente, no se mezclan.
Pero ademas hay otro resultado igual de importante. Lo notaste? El aceite siempre se va para
arriba y se coloca encima del agua. Porque? La respuesta que recibimos normalmente es que
el aceite es mas liviano que el agua y entonces tiende a subir. En términos más científicos
decimos que el aceite es menos denso que el agua.
El concepto de densidad no solamente se aplica a los líquidos sino a toda clase de
substancias, líquidas, sólidas o gaseosas. Por ejemplo, una pelotita de telgopor tiende a subir
cuando la sumerjo en agua. Por lo tanto decimos que el telgopor es menos denso que el agua.
Sin embargo la misma pelota cae al suelo cuando la suelto desde cierta altura. Esto que
significa? Simplemente que el telgopor es mas denso que el aire y por eso "se hunde" (nota:
¿te diste cuenta que vivimos en el fondo de un mar de aire?).
La nafta, el alcohol, el kerosene y muchos otros líquidos combustibles son menos densos que
el agua. Que va a pasar entonces cuando vuelque un poco de agua en un balde con nafta?
El agua se va a hundir porque es más densa que la nafta. Esta propiedad tiene consecuencias
prácticas muy importantes. Por ejemplo, un incendio provocado por combustibles líquidos
(como la nafta) no se debe apagar con agua. Porque? Precisamente porque el agua se hunde
y entonces no puede "ahogar" la llama que se desarrolla sobre el combustible.
Un submarino a veces flota sobre el agua y a veces esta sumergido. Como lo hace? En el
submarino hay ciertas cámaras que pueden llenarse con agua. Cuando el capitán quiere flotar
evacua parte del agua. Que logra con esta operación? Disminuir la densidad promedio del
submarino haciendo que sea menos denso que el agua del mar. En ese caso hace lo mismo
que la pelotita de telgopor: sube y flota sobre el agua.
Cuando quiere sumergirse llena las cámaras con agua. Con esto aumenta la densidad
promedio del submarino y cuando esta llega a ser mayor que la del agua del mar, se hunde.
Aprende acá como construir un submarino.
Tenés una pelotita (o trozo) de telgopor? Podés cambiar fácilmente su densidad promedio.
Primero hacé lo siguiente: colocala en un vaso de agua y fijate cuanto se sumerje y cuanto
flota. Ahora conseguí unos cuantos alfileres o clips. Empezá por clavar un alfiler en la pelota y
fijate que pasa cuando metes la pelota en el agua. Seguramente se sumergió un poquito mas.
Segui el procedimiento hasta lograr que la pelota se sumerja por completo. Cuando hayas
logrado esto, la densidad del objeto "telgopor mas alfileres" es mayor que la del agua.
Y ahora vamos al densímetro, que como su nombre lo indica es un aparato para medir
densidades. Vas a necesitar un sorbete y dos o tres clips.
Corta un trozo de sorbete de 12 cm. Luego dobla dos centímetros y
sujeta con dos clips. Meté el densímetro en un vaso de agua. El
extremo con los clips tiene que quedar sumerjido y el extremo libre
al aire. Puede que necesites tres clips para lograr que el sorbete
quede vertical y en flotación. Ya tenés tu densímetro.
Con la ayuda de una regla dibuja marcas sobre el sorbete cada 5
milimetros.
Ahora calibrá tu densimetro observando entre que marcas se
encuentra el nivel cuando lo sumergís en agua. Incluso podes
hacer una marca que coincida con el nivel del agua.
Cuando lo sumerjas en un líquido más denso que el agua el
densímetro va a flotar mas y podrás ver que la marca que habías
hecho para el agua esta más arriba. Cuando el líquido sea de
menor densidad que el agua el densímetro va a flotar menos y por
lo tanto la marca del agua quedara por debajo del nivel.
Probalo en distintos líquidos: aceite alcohol, leche, agua azucarada,
agua salada. (en estos dos últimos casos puede ser que necesites
agregar bastante azucar o sal para conseguir ver una diferencia
importante con respecto al agua).
Mas detalles sobre el densímetro: relacion entre altura sumergida y
densidad, sensibilidad, etc.
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).
6. 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.
7. 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.
8. 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.
4. 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.
4. 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.
5. 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.
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
aproximadam
ente 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.
5. 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.
De donde viene la arena?
MATERIALES :
1 lata o recipiente limpio con tapa
algunas piedras, cascotes, tiza y si encontrás algun pedacito de metal
PROCEDIMIENTO:
1. Meté los ingredientes (piedras, cascotes, etc.) en el recipiente. Ajusta bien la tapa.
2. Agitá vigorosamente durante un rato. Abrí el recipiente y mirá en el interior, vas a ver
que en el fondo se junto una cantidad de polvo apreciable.
3. Retiralo y analizá su composición: verás que hay algo de este polvito que viene de las
piedras, algo del cascote y algo de la tiza.
Lo mas probable es que se haya producido mucho polvo de tiza. Porque? Naturalmente porque
de todos los materiales la tiza es el mas blando. Debido a la agistación del recipiente los
objetos comenzaron a chocarse unos con otros, esto provocó que algunos trocitos de cada
material se fueran desprendiendo y acumulándose en el fondo.
Con algunas variantes esto mismo pasa en la naturaleza: por diversos motivos las rocas se
golpean unas con otras y se desprenden pequeños pedazos que a su vez chocan y chocan
dividiéndose cada vez más hasta quedar en la forma de arena o polvo. A este fenómeno se lo
conoce como erosión.
Las olas que rompen en la costa proporcionan un medio muy adecuado para que las rocas
choquen unas contra otras. Si bien una sola rompiente no puede producir gran cantidad de
arena, en un solo dia se producen mas de 8000 rompientes. Multiplica este numero por la edad
de nuestro planeta, te parecerá asombroso que todavia existan montañas!
También se produce arena cuando rocas de distintos tamaños chocan entre si al ser
arrastradas por un rio caudaloso. Normalmente, el rio arrastra la arena producida y la deposita
en la desembocadura. A veces la arena se acumula en la desembocadura y se produce un
delta. Si esto no pasa es porque el mar arrastra la arena y la distribuye por toda la costa.
El agua y su aporte a la generación de arena
MATERIALES:
1 botellita plástica con tapa
1 Heladera con freezer o congelador
PROCEDIMIENTO:
Llená la botellita de agua hasta el cuello hasta que queden unos dos centimetros hasta la boca
de la botella. Tapala bien. Dibujá una linea en la botella para indicar el nivel de agua. Mete la
botella parada en el freezer. Esperá unas horas. Sacá la botella del freezer y compara el nivel
de agua con la marca que hiciste antes. Que pasó?
El agua congelada ocupa un volumen mayor que el agua líquida.
Imagina que una cierta cantidad de agua líquida queda atrapada en las grietas de una roca.
Luego viene el invierno y la temperatura baja tanto que el agua se congela. Por lo que pudiste
comprobar con el experimento, en este estado el agua ocupa más volumen, por lo tanto hará
una mayor presión sobre las paredes de la grieta haciendo que se agrande un poco. Si este
proceso se repite durante millones de años es posible que alguna vez la roca se parta en
pedazos. A su vez estos pedazos sufren un proceso de erosión similar y se rompen. Y asi
siguiendo.
Luego el rio crece, arrastra algunas rocas y el proceso de erosión continúa como ya vimos.
Avalancha de fideos
MATERIALES NECESARIOS:
1 recipiente con tapa transparente fideos municiones
arena
avena o cualquier cosa en forma de granitos
PROCEDIMIENTO:
1. Llena el recipiente de arena hasta la mitad y ajustá la tapa.
2. Si el recipiente es cilíndrico ponelo horizontal y que el nivel de la arena sea paralelo al
de la mesa. Como en la figura.
3. Gira lentamente el recipiente como indica la figura. En algun momento se produce una
avalancha de arena.
4. repeti el experimento reemplazando la arena con harina. Notas alguna diferencia?
5. Una vez más pero con fideos municiones.
Cuando el ángulo de inclinación de la pila de arena es pequeño los granos estan en equilibrio y
la pila entera se comporta como un sólido. Al aumentar el ángulo de inclinación algunos granos
pierden su condición de equilibrio y caen. (si te interesa entender mejor porque se
desequilibran hacé click acá). Si el ángulo de inclinacion es el adecuado, los granos que caen
arrastran a otros y estos a otros provocandose una avalancha. Y esto es lo mas dificil de
entender: en el momento de empezar la avalancha el ángulo es mayor que cuando la
avalancha termina. Básicamente esto es asi porque los granos de arena en la parte de arriba
de la pila cayeron y se acumularon en la parte de abajo.
Repetí el experimento reemplazando la arena por harina. Seguramente va a comprobar que
hay que inclinar mucho más el recipiente para producir una avalancha.
Mas aún, seguramente antes de empezar la avalancha observaste que se formaron algunas
grietas en el masacote de harina. Estas dos observaciones, bastante diferentes a lo que viste
con la arena, indican que la harina tiene un comportamiento diferente. La diferencia se basa en
que los granos de harina son mucho (muchísimo) mas pequeños que los granos de arena. Un
grano de arena puede ser individualizado, pero dificilmente puedas ver a simple vista un
"grano" de harina. Por eso es que a materiales como la harina se los denomina polvos. En los
polvos los granos pueden atraerse electostáticamente entre si, creando un efecto de cohesión
que en la arena seca no existe. La cohesion es la responsable de que debas inclinar mucho el
recipiente para producir una avalancha.
Dijimos que en la arena seca el efecto de la cohesion no se observa. Probá de repetir el
experimento con arena húmeda. Vas a comprobar que la cohesión entre los granos aumenta
notablemente. Y la consecuencia es que la avalancha de arena húmeda se producirá cuando el
ángulo de inclinación sea mucho mayor que en el caso de arena seca.
Podés repetir el experimento utilizando varios medios granulares que podés encontrar en la
cocina de tu casa. Fideos de la sopa, arroz, polenta, azucar, cafe, etc. y observar cuales son
las diferencias entre las distintas avalanchas.
Descarga de arena por gravedad
Este experimento ilustra una propiedad muy interesante e importante de los medios granulares.
MATERIALES NECESARIOS: un poco de arena, dos vasos largos de plástico, dos sorbetes,
agua, una regla larga.
PROCEDIMIENTO:
Practica un agujero del diametro del sorbete, en el lateral inferior del vaso.
Corta un tramo del sorbete de aproximadamente 3cm y
conectalo al vaso. Sella la unión con plastilina (si tenes
algun sellador com el Fastix mejor). Que el tramo de tubo
apunte parcialmente hacia abajo.
En primer lugar coloca el vaso sobre algun soporte alto,
30 o 40 cm va a esta bien.
Tapá el extremo del tubo con tu dedo y llena el vaso de
agua. Una vez hecho esto saca tu dedo para dejar que el
vaso se descargue. Coloca debajo una bandeja para que
no se desparrame el agua.
Observa que pasa con el chorrito de agua a medida que
el vaso se descarga. Usa una regla para medir el alcance
del chorrito.
Vas a observar que el alcance disminuye paulatinamente
y el chorrito pierde "fuerza". Finalmente se convierte en
un hilo de agua pegado a la pared del agua.
Ahora repeti el experimento usando arena en lugar de
agua. Por supuesto antes que nada hay que secar muy
bien el vaso para que la arena no se pegotee. (Ver figura)
Usa la regla para medir el alcance del chorrito de arena.
Vas a observar que el flujo de arena no pierde fuerza a medida que el vaso se descarga.
La explicacion de estos fenómenos es la siguiente:
En el primer experimento, el agua que esta por encima del tubo de salida tiene un cierto peso.
Ese peso realiza una presión sobre el agua que esta cerca del tubo que, por esa razón, sale
despedida con fuerza. Lógicamente, con el paso del tiempo el vaso se va vaciando y cada vez
es menor la cantidad de agua por encima del tubo de salida. Por lo tanto, la presión disminuye
y el chorro de agua se debilita cada vez mas.
En el segundo experimento, la arena que esta por encima del tubo de salida tiene un cierto
peso. Pero este se reparte hacia los costados del vaso y no hacia abajo como sucede con el
agua. Por esta razón la arena que esta cerca del tubo de salida no experimenta el peso de la
arena que esta por encima porque fue absorbido por la pared del vaso y puede caer por el tubo
siempre con la misma intensidad formando un chorrito constante.
Un reloj de arena plano
El objetivo de este trabajo es construir un reloj de arena "plano". Con este dispostivo vamos a
ilustrar una propiedad muy importante de los medios granulares: la formación de arcos. Sin
embargo, el mismo se puede utilizar para realizar otros experimentos interesantes y sencillos
que esperamos incluir muy pronto en esta sección.
MATERIALES: Dos placas de vidrio o acrílico transparente de 25cm x 25 cm . Varillas de
madera balsa, Varias prensas sujetapapeles.
PROCEDIMIENTO:
1. Tomar tres varillas de aproximadamente 25cm de largo
por 0.5cm de ancho y colocarlas sobre el borde de uno de
las placas de vidrio en forma de U.
2. En el lado libre colocar dos varillas de 10 cm en forma de
V, sin que se toquen, como se indica en la figura.
3. Colocar encima la otra placa de vidrio y sujetar ambas
placas con varias prensas de papel (dos para cada una
de los tres lados con varilla serán suficientes). La
distancia entre las dos placas deberia ser de uno o dos
milímetros. Ya tenemos el reloj de arena plano.
4. Ahora coloca el reloj en posición vertical y llena la V, de ahora en más "embudo", con
una cierta cantidad de arena seca.
5. La arena comenzará a salir por el extremo del embudo formando una pila triangular en
la parte inferior del reloj. Ver fotos.
Formación de un pila de arena en un reloj de arena plano
Si el agujero de salida es grande, el embudo se vaciará enseguida y sin problemas. Achicá el
agujero moviendo con cuidado una de las varillas del embudo (quizas debas sacar las prensas)
y repeti el experimento. Es probable que ahora se produzca un atascamiento a la salida y se
detenga el flujo de arena. Si ello no ocurre, achica el agujero un poco más hasta que lo
consigas.
Cuando se produzca un atascamiento de arena, trata de medir con una regla el ancho del
agujero. Es muy probable que este ancho se reduzca a unas pocas décimas de milímetro.
Intentá mirar de cerca la forma del atascamiento. Se parece a un arco?
Repetimos el experimento pero utilizando
granos mas grandes, por ejemplo fideos de la
sopa (municiones). Empezá con un agujero
grande (por ejemplo, un centímetro de ancho) y
observa la forma de la pila de fideos que se va
formando en la base del reloj plano. Difiere en
algo de la pila de arena?
Ahora achica el agujero y repeti el experimento.
Se produce un atascamiento? Si no, achica un
poco mas hasta que consigas que se forme un
atascamiento de fideos a la salida del embudo.
Atascamiento en la descarga de un silo
bidimensional. Observación del fenómeno de
formación de arcos.
Miralo de cerca, ahora sí es posible ver bien la forma del atascamiento porque los fideos son
mucho mas grandes que la arena. Sin duda que el atascamiento tiene la forma de un arco.
Contá cuantos granos forman ese arco. Seguramente ese número está entre 5 y 10, no es asi?
Lo primero que podemos decir con respecto a este experimento es que: cualquiera sea la
forma del agujero de salida y cualquiera sea el tamaño de los granos, se va a producir un
atascamiento (y por lo tanto un arco) cuando el diámetro del agujero sea aproximadamente 5 a
10 veces el tamaño de un grano (esto es solo aproximado). Si es más grande, se pueden
producir atascamientos pero con menor frecuencia.
En segundo lugar, hay que notar que todos los granos que quedaron
por encima del arco estan siendo sostenidos por el arco.
Esta idea ha sido aprovechada muchas veces por los arquitectos del
pasado (y del presente) para construir grandes obras. Un ejemplo,
muy famoso es el de Acueducto de Segovia, una construcción de la
epoca de los romanos que todavia sigue en pie a pesar de que en su
construcción no se utilizó ningún tipo de cemento entre los bloques
de piedra. En la imagen se puede ver un arco del acueducto.
El arco no se derrumba y la estabilidad esta garantizada por los
bloques que estan por encima. Cuanto mas peso se coloque por
encima del arco mas estabilidad tiene.
Otros experimentos con arena
Segregación
MATERIALES: el reloj de arena plano construido en el experimento anterior, una mezcla por
partes iguales de arena y azucar.
PROCEDIMIENTO:
1. Homogeneizar en un recipiente cualquiera la mezcla
de arena y azucar.
2. Poner el reloj plano en forma vertical y verter la
mezcla granular por el cono del reloj.
3. A pesar de que en el recipiente la mezcla es
homogenea, observamos que en la pila de arena los
granos se separan.
4. Se observa una sucesión de franjas inclinadas
amarillas (arena) y blancas (azucar).
Pila bidimensional de arena
y azucar mostrando efectos
de segregación
Efectos de la rotación sobre una pila de arena
MATERIALES: caja de vidrio construida para el reloj plano, arena, hilo resistente.
PROCEDIMIENTO:
1. Llenar la caja de vidrio con arena hasta
la mitad (si no se dispone de la caja de
vidrio puede utilizarse en su reemplazo
una caja de CD vacia debidamente
sellada).
2. Agitar un poco la caja hasta que la
superficie de la pila de arena quede
horizontal, como se ve en la fotografia.
Con un marcador, trazar una linea sobre
el vidrio que marque el nivel de la pila
de arena.
Caja de arena plana. Para construirla se utilizaron dos placas
de vidrio, tres bandas de goma EVA amarilla de dos
milimetros de espesor y varios sujetadores de papel.
3. Sujetar la caja con el hilo resistente
como indica la figura. La idea es que
pueda girar sobre un eje perpendicular
al plano horizontal.
4. Hacer girar la caja sobre su eje varias
veces hasta que la arena en su interior
se mueva.
5. Si la arena no se desplaza aumentar la
velocidad de giro con cuidado de que el
hilo no se rompa.
6. Observar como ha cambiado la forma
de la superficie.
La fotografia de la derecha muestra el resultado de este
experimento. Obsérvese como se ha modificado la forma de
la superficie libre. Parte de la arena se movió hacia afuera
acumulándose en las paredes laterales de la caja. Esta
porción de arena se encuentra sobre la linea marcada en el
vidrio. Mas hacia el centro vemos que se ha se ha producido
un pozo. Este pozo se encuentra bajo el nivel de la linea.
Como resultado de la acumulación en los laterales y la
formación del pozo se observa que se ha formado un pico en
la región central. La punta del pico deberia coincidir
aproximadamente con el nivel inicial, como mucho deberia
quedar un poco mas abajo. Esto demuestra que la arena en
la parte central prácticamente no se desplazó.
Click sobre la imagen para agrandarla.
Tratemos de analizar este fenómeno con más detalle. Cada grano de arena en la superficie
esta sujeto a varias fuerzas. Mientras la caja esta quieta las unicas fuerzas que actuan son el
peso del grano y las reacciones normales debido a que el grano se apoya sobre otros granos.
Cuando hacemos girar la caja aparecen dos nuevas fuerzas, una es la fuerza centrífuga y la
otra es el rozamiento estático. La figura muestra como actuan estas fuerzas sobre dos granos
de arena (exagerados) que se encuentran a distinta distancia del centro de rotacion.
La fuerza centrífuga es
proporcional al radio de giro.
Por eso el grano que está
cerca del centro de rotación
siente una fuerza centrifuga
pequeña (flecha negra) y el
que está lejos del centro una
fuerza centrífuga mayor.
Además, los granos
experimentan una fuerza de
rozamiento estático (flecha
roja) que se opone a la fuerza
centrifuga. Esta fuerza
aparece por el contacto con
los demás granos. Ahora bien,
la fuerza de rozamiento
estática puede crecer hasta
cierto valor llamado
rozamiento estático máximo
cuyo valor depende del peso
del grano y del tipo de
contacto con los demas
granos.
Si la fuerza centrífuga es mayor que el rozamiento estático máximo se produce un desbalance
que desplaza el grano hacia afuera. Esto ocurre para cierto valor de la distancia al centro de
giro. Todos los granos que esten mas lejos se desplazarán hacia afuera mientras que todos los
que esten mas cerca no se moverán.
La figura que se ha formado en la superficie de arena durante el giro queda "congelada" si
tenemos cuidado al frenarla. Precisamente esta propiedad es la que ha permitido tomar la
fotografia.
Que pasaria si en lugar de arena llenamos la caja con igual cantidad de agua? Recordemos
que el agua es un líquido y como todos los líquidos no puede "resistir" esfuerzos de corte. Ante
la aplicación de una fuerza como la centrifuga los elementos del fluido se van a mover. La
figura muestra lo que sucede mientras la caja gira.
Cada elemento del fluido experimenta una fuerza centrifuga que lo desplaza hacia afuera. Aun
los que estan cerca del centro son expulsados hacia afuera porque aqui no hay rozamiento
estatico. Se produce un hueco en el centro y se acumula fluido en los bordes. Si el giro se
detiene la superficie del fluido vuelve a su posicion horizontal, ese es el efecto de la fuerza de
gravedad. La gravedad quiere que la superficie este plana y horizontal. En resumen: cuando
ponemos agua en la caja compiten dos efectos: el de la fuerza centrifuga que desplaza el
liquido hacia afuera creando un hueco y el de la fuerza de gravedad que tiende a aplanar la
superficie. Como consecuencia se establece un equilibrio de efectos y la superficie adopta un
perfil parabólico. si giramos más rapido el efecto centrífugo se acentúa y la superficie se curva
más. Si giramos mas lento prevalece el efecto gravitatorio y la superficie se achata.