<center><strong><h4>Experimento 2: Movimiento del Centro de Gravedad </h4></strong></center> <p><br></p> <div class=text-justify">Hola a todos, estimados colegas y amigos de STEEMIT. En mi “steem” previo iniciamos la serie: “La Física es divertida”, donde les mostré con un experimento casero cómo una lata de refresco se puede mantener en equilibrio estático, cuando es apoyada sobre una de las esquinas de su base. Por si te lo perdiste, puedes leerlo en: <center>https://steemit.com/stem-espanol/@jfermin70/la-fisica-es-divertida-parte-1</center> <p></p> <div class=text-justify">Poco a poco iremos mejorando el formato de las presentaciones, así como los contenidos.</div> <p></p> <div class=text-justify">En esta oportunidad les traigo el experimento de la vela oscilatoria, cuyo objetivo es mostrar el efecto que produce el centro de gravedad en el equilibrio de un objeto al cambiar su posición de un lado al otro. En particular en un movimiento oscilatorio. Al final concluyo con un video casero, tomado en una fiesta infantil. Espero les guste. </div> <p></p> Para más información sobre este tema y otros relacionados con Ciencia, Física y Tecnología, les invito visitar mis sitios: <p></p> <center>luz.academia.edu/JoseFermin</center> <center>www.researchgate.net/profile/Jose_Fermin</center> <p></p> * Todas las imágenes presentadas en éste artículo son de mi propiedad y tomadas con un dispositivo digital: CASIO Exilim 12.1 Mega Pixels </div> <p></p> <div class=text-justify"><strong><h3>Introducción</h3></strong></div> <p></p> <div class=text-justify">En el experimento anterior mostramos que cuando un objeto está perfectamente balanceado éste se encuentra en equilibrio estático. En posición de equilibrio estático el centro de gravedad (CG) del objeto permanece en reposo por encima de la base de sustentación del cuerpo. El equilibrio estático o de reposo no es la única condición de equilibrio mecánico de un cuerpo. El CG de un sistema mecánico puede estar en movimiento, pero aún así mantenerse en equilibrio. A este estado lo llamamos “equilibrio dinámico”, y ocurre cuando el CG se mueve a lo largo de la vela, alrededor de un punto fijo de tal manera que su posición media es cero, <p></p> <center>POSICIÓN MEDIA(CG)=0</center> <p></p> Tal es el caso en el cual el CG ejecuta un movimiento armónico alrededor de su posición de equilibrio estático. En esta segunda entrega les traigo un experimento muy sencillo pero vistoso, en el cual se puede observar un objeto en equilibrio dinámico: La vela oscilatoria. </div> <p></p> <div class=text-justify"><strong><h3>Experimento: La vela oscilatoria</h3></strong></div> <p></p> <div class=text-justify">Una vela es uno de esos elementos cotidianos que nunca deben faltar en una casa, sobre todo en estos días, en los cuales se requieren de acciones improvisadas para generar luz de origen diferente a la eléctrica. Una vela puede ser un elemento muy útil para enseñar física básica. Con una vela podemos diseñar una serie de experimentos caseros para demostrar algunos principios y fenómenos físicos a nivel de bachillerato y física básica universitaria. Uno de estos experimentos con velas es demostrar cómo el centro de masa o de gravedad se mueve de un lado a otro, pero manteniendo al objeto en equilibrio dinámico. Este es el experimento de la vela oscilatoria. <p></p> A continuación les presento una descripción del diseño experimental y posteriormente una explicación del fenómeno observado. </div> <p></p> https://steemitimages.com/DQmTNAsNx46TqgqW3HeycEEz6PT1NAmZtq7vzHuZw6SVD5K/CIMG4367.JPG <div class=text-justify">Figura 1. El experimento de la vela oscilatoria. (Fotografía propiedad del Autor: tomada con una cámara digital CASIO Exilim 12.1 Mega Pixels)</div> <p></p> <div class=text-justify"><strong><h3>Materiales:</h3></strong></div> <p></p> <div class=text-justify">- 1 Regla</div> <p></p> <div class=text-justify">-1 Vela</div> <p></p> <div class=text-justify">-1 Aguja/alfiler largos</div> <p></p> <div class=text-justify">-2 copas/vasos de vidrio</div> <p></p> <div class=text-justify">-1 Encendedor/fósforos</div> <p></p> <div class=text-justify">-Una pinza (opcional)</div> <p></p> <p><br></p> ![Vela1.JPG](https://steemitimages.com/DQmQTjjLYAJFHvRs8swbEiSihLg9ABHZ6xZboZ2ufh3zSWd/Vela1.JPG) <p></p> <div class=text-justify"> Figura 2. Materiales para el montaje del experimento (Fotografía propiedad del Autor: tomada con una cámara digital CASIO Exilim 12.1 Mega Pixels)</div> <p></p> <div class=text-justify"><strong><h3>Procedimiento</h3></strong></div> <p></p> <div class=text-justify">1. Primero retira cera de la base de la vela hasta descubrir el extremo de la mecha.</div> <div class=text-justify">2. Con ayuda de la regla y el marcador determina el centro de la vela. Allí se localiza su CG.</div> <div class=text-justify">3. Calienta la aguja ligeramente sujetándola con la pinza y atraviesa la vela a través del CG.</div> <div class=text-justify">4. Coloca la vela entre las dos copas, apoyándose en los extremos de la aguja. Probablemente la vela comenzará a oscilar. Espera hasta que se equilibre.</div> <div class=text-justify">5. Enciende un extremo de la vela. Espera unos segundos hasta que la vela comience a moverse, en ese instante enciende el otro extremo.</div> <center>¿Qué ocurre? ¿Puedes explicar lo que ves?</center> <p><br></p> https://steemitimages.com/DQmfD6DzoMmkUPT8AfDFYGfjw4bhaccHcyFyY4Lc8ekY9bg/Vela4.jpg <p></p> <div class=text-justify">Figura 3. Esquema resumido del montaje del experimento de la vela oscilatoria (Fotografía propiedad del Autor: tomada con una cámara digital CASIO Exilim 12.1 Mega Pixels)</div> <p><br></p> <div class=text-justify">Explicación:</div> <p></p> <div class=text-justify">Al encender uno de los extremos de la vela, la cera comienza a derretirse perdiendo masa la vela, desplazando su CG hacia el extremo opuesto el cual desciende por gravedad. Cuando el otro extremo se enciende y pierde cera, también pierde masa y el CG se mueve hasta el extremo anterior. Este proceso se repite en el tiempo, produciendo un movimiento oscilatorio del CG alrededor del Centro de Rotación (puntos de contacto aguja-vidrio) y un efecto de sube-y-baja en la vela (Ver Figura 4).</div> <p></p> <p><br></p> <p><br></p> https://steemitimages.com/DQmQ96pJvL6hQZpQ3DLCx9XArnbkwZLi9RpPs8rnheyiU4b/Vela5.jpg <p></p> <div class=text-justify">Figura 4. Explicación gráfica del experimento de la vela oscilatoria. A medida que los extremos de la vela se derriten, se pierde masa y el CG se desplaza hacia el extremo de mayor masa, y por efecto de la gravedad el vela oscila produciendo un efecto de sube-y-baja (Figura propiedad del Autor)</div> <p><br></p> <div class=text-justify">Otro detalle importante en éste experimento es que el Centro de Rotación, o puntos de contacto de la aguja con el vidrio, no se mueven y permanecen fijos: condición esencial para el equilibrio dinámico. Esta es una pregunta interesante para los estudiantes considerando que la fricción metal-vidrio es muy pequeña. Entonces: <p></p> <center>¿Cómo es posible que a pesar del movimiento del CG y la poca fricción, el centro de rotación se mantenga fijo?</center> <p></p> Este es un problema interesante en física e ingeniería y su descripción teórica queda para otro “post”, ya que el objetivo de este experimento es mostrar la fenomenología del equilibrio dinámico. En toda estructura en equilibrio la resultante de todas fuerzas que actúan sobre el punto de contacto es nula (ver Figura 5). En el caso presentado aquí, la condición de equilibrio es: <p></p> <center>PESO + FUERZA CENTRÍPETA + NORMAL + FRICCIÓN = 0</center> <p></p> En otras palabras, a pesar de la fuerza de fricción tan débil, es suficiente para equilibrar las demás fuerzas en los puntos de contacto, y anular cualquier torque sobre la aguja.</div> <p></p> <p><br></p>https://steemitimages.com/DQmcYyzRm8Bowx9Y4TcXp4np3vNKVJZb5c9XkM3gvZTq8At/Vela6.jpg <p></p> <div class=text-justify">Figura 5. Diagrama de fuerzas que actúan en los puntos de contacto (círculos grises) aguja-vidrio. El torque total debe ser cero para que la aguja no se desplace (Figura propiedad del Autor).</div> <p><br></p> <div class=text-justify">Para sacar la vela de su equilibrio dinámico, aplíquese un ligero toque vertical sobre uno de los extremos de la vela mientras ésta oscila. Verás cómo la aguja se desliza sobre el borde del vidrio a medida que ésta gira.</div> <p><div class=text-justify">Finalmente, a continuación un video casero tomado en una reunión infantil, con el objetivo de animar a los chicos (ver video)</div></p> https://youtu.be/hwkUmvWibec <p><br></p> <div class=text-justify"><strong><h3>Conclusión y comentarios finales</h3></strong></div> <p></p> <div class=text-justify">Hemos visto en este “steem” cómo es posible mantener una estructura física en equilibrio mecánico, aún cuando su CG está en movimiento. Para esto se requieren dos condiciones mecánicas: <p></p> 1. Posición media del CG con relación al punto de equilibrio estático, igual a cero, <p></p> 2. Fuerza neta aplicada sobre los puntos de contacto, igual acero. <p></p> Es importante llamar la atención que el objetivo de estos experimentos caseros, no es sustituir los experimentos formales que algunos pocos institutos educativos poseen, así como tampoco se pretende modificar los planes de estudio actuales. Lo que nos hemos planteado es facilitar herramientas didácticas que puedan incorporarse al proceso de enseñanza/aprendizaje de la física y otras ciencias naturales. </div> <p></p> <p></p> <div class=text-justify"><strong><h3>Lecturas sugeridas sobre física divertida y otras curiosidades de física:</h3></strong></div> <p></p> <div class=text-justify">1. Neil Ardley, 101 grandes experimentos. La ciencia paso a paso (Ediciones B, 1997). </div> <p></p> <div class=text-justify">2. Isabel Amato y Christian Arnould, 80 experimentos para hacer en casa. Respuestas a los curiosos (Ediciones B, Barcelona, 1992). </div> <p></p> <div class=text-justify">3. Fundación Thomas Alva Edison, Experimentos fáciles e increíbles (Martínez Roca, Barcelona, 1993). </div> <p></p> <div class=text-justify">4. Judith Hann, Guía práctica ilustrada para los amantes de la ciencia (Blume, Barcelona, 1981). </div> <p></p> <div class=text-justify">5. Antonella Meiani, El gran libro de los experimentos (San Pablo, Madrid, 2000). </div> <p></p> <div class=text-justify">6. Yakov I. Perelman, Física recreativa (Eds. Martínez Roca, Barcelona, 1971). </div> <p></p> <div class=text-justify">7. Yakov I. Perelman, Problemas y experimentos recreativos (Mir, Moscú, 1975). </div> <p></p> <div class=text-justify">8. Gaston Tissandier, Recreaciones científicas, o la física y la química sin aparatos de laboratorio y sólo por los juegos de la infancia (Alta Fulla, Barcelona, 1981). </div> <p></p> <div class=text-justify">9. Tom Tit, La ciencia divertida (José J. de Olañeta, Palma de Mallorca, 1992).</div> <p></p> <div class=text-justify">10. Alejandra Vallejo-Nágera, Ciencia mágica. Experimentos asombrosos para genios curiosos (Martínez Roca, Barcelona, 1999) .</div> <p></p> <div class=text-justify">11. Janice P. Van Cleave, Física para niños y jóvenes. 101 experimentos super divertidos (Limusa, México, 1997)..</div>
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Esa vela si es bonchona, y no digo...con música y con esa esas botellitas atrás. Ja ja. Genial. Un abrazo
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Hola estimado @jfermin70 te invito cordialmente a nuestro servidor en discord https://discord.gg/a2yazbz
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Gracias por la invitación @carloserp-2000. Ya me registré... Sólo falta configurar la cuenta...
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That is a cool one! Added to the list of things to do with my son! [sorry for the comment in English... but Spanish is just waaaaay too hard for me :D ]
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Thank You Sir... There are some new ones coming next... Trully...
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I am looking forward to read them ^^
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bienvenido colega a la comunidad de #stem-espanol interesante experimento que representan las leyes de newton. estaremos atentos a tus artículos.
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Gracias colega @eleonardo... Esto es parte de un proyecto para la comunidades sin recursos, en el cual mi amiga @emily61 me ha dado todo apoyo... Preparando el próximo...
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Buen trabajo mi estimado @jfermin70 Mezclar los conceptos de la Física con objetos que tenemos a disposición para hacer un experimento te convierte en un gran comunicador de la ciencia y haces de la Física muy divertida!
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Hola Mijo, Gracias x tu comentario...Después de mucho tiempo escribiendo para gente formal, ahora ésta plataforma me dá la oportunidad de ser comunicador científico... Atento a los otros experimentos... Un gran abrazo...
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Saludos @jfermin70. Excelente articulo. Lo bonito de la Física esta en todas partes. No tarde con el próximo que aquí lo seguimos.
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El próximo ya viene, el peo es que siempre quiero mejorarlo y eso me retarda uns dias... Un abrazo grande...
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Bienvenido a la comunidad estimado @jfermin70, de verdad que disfrute mucho del experimento, como te comentaron anteriormente es una de las cosas que debo hacer. Gracias por compartir!
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Gracias x tu comentario... Vienen + experimentos...En contacto... Te voy a seguir...
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Tremendo post colega y amigo @jfermin70. Felicitaciones por el gran apoyo obtenido. Le invito a ver mi último post. Saludos.
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author | tsoldovieri |
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Ya lo voy a ver... Gracias...
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author | jfermin70 |
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Muy buen experimento, la física es bastante compleja, pero me encanta como realizaste este post es digerible para todos y fácil de entender
post_id | 46,107,184 |
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author | anaestrada12 |
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Gracias x tu comentario. Vienen + cosas x ahi... Te sigo...
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author | jfermin70 |
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