Video: Equilibrio mecánico de una lata de refresco

Bonito experimento que muestra la importancia del centro de gravedad para mantener en equilibrio un objeto. Recomendamos ampliamente que lo intenten en la casa, lejos de la computadora, y pueden emplear una lata de cerveza, si gustas :)



El centro de gravedad es el punto que sirve como promedio para la acción de todas las fuerzas que actúan sobre el objeto. En este caso se sitúa sobre la vertical que hace contacto con la mesa y la lata, de estar en otra parte, la lata cae.

Preguntas para pensar
1) ¿Es diferente el centro de gravedad que el centro de masa? Explica
2) ¿Dónde esta el centro de gravedad de una persona corriento? ¿y de una persona sentada?

Enlaces relacionados:
1) Jugando al equilibrista mientras esperas tu comida
2) Video de oscilaciones de una vela encendida de los dos extremos

Video: El gran terremoto de San Francisco de 1989

Anteriormente mostramos un modelo de casa sometido a pruebas de vibración, esos estudios son útiles  cuando se presentan temblores. El siguiente video es una serie de cortos que muestran lo dramático que fue el temblor de 1989 en San Francisco, EEUU.

Cuatro años antes, 1985, la Ciudad de México experimento un temblor de gran magnitud, las perdidas materiales y humanas fueron cuantiosas y dolorosas. En la Ciudad de México no son tan frecuentes estas sacudidas como en Japón, pero lo importante es estar lo mejor preparados para afrontar estos retos de la naturaleza. Toda nuestra ciencia no puede predecir, todavía, donde será el próximo terremoto, pero podemos mitigar muchos daños ocasionados por una sacudida.

La física estudia el origen, propagación y efectos de los terremotos. Es un ejemplo, de su importancia e impacto en la seguridad de nuestra gente y comunidad. 

Video: Maquina que equilibra un péndulo invertido

Este video muestra el resultado de un proyecto final de control automático. Donde un sistema de retroalimentación negativo logra equilibrar un péndulo en posición invertida.

Este video me recuerda a un juego infantil con escobas, donde se debe colocar una escoba en la palma de la mano y evitar que caiga el palo. Era muy divertido porque no es sencillo mantener el equilibrio y debías de mover la mano de un lado a otro para evitar perder.

Por su puesto,  hay gente que sobresale por su equilibrio. Tal es el caso del niño equilibrista sobre un balón.

Preguntas para pensar

1) ¿Cuántas clases de equilibrio hay?

2) ¿En qué circustancia se obtiene el equilibrio indiferente?

Video: Niño equilibrista en un balón de básquet

¿Qué es el equilibrio? ¿Por qué hay persona que pueden estar de pie en un área tan pequeña y no caen?

El equilibrio mecánico en física tiene un sentido muy claro: pueden estar presentes fuerzas y torcas (fuerzas que ocasionan giros), pero la suma de todos estos vectores es cero; es decir, el movimiento relativo es cero o constante en una línea recta.

Por otro lado, Por su geometría encontramos cuerpos más propensos a desplomarse que otros. Para aterrizar la anterior idea, analicemos un cono: Si el cono es puesto de modo que su base toque el piso, difícilmente el cono se caerá, el cono se encuentra en equilibrio estable. Ahora, Si el cono se encuentra con su punta tocado el piso, el equilibrio es inestable, pues se pierde la posición muy fácilmente. Pero, si el cono esta recostado, se dice que le cono esta en un estado de equilibrio indiferente.

Nosotros como bipedos, estamos constantemente en situaciones de equilibrio inestable, al caminar, correr, saltar, pararnos de puntas. Afortunadamente, no nos caemos, porque en oído contamos con un sensor, que le informa al cerebro nuestra posición y este a una alta velocidad le indica a los órganos que posición colocar para evitar una caída. En otras palabras, nuestro cuerpo busca anular las fuerza de gravedad para evitar su colapso. Tal habilidad se puede entrenar y hay personas que la desarrollan al extremo.

El siguiente video muestra a un niño en un acto equilibrista, se para sobre un balón de básquet, se sostiene y realiza figuras sobre el esferoide. Es increíble como las características mentales y físicas son altamente moldeables en los niños. Este acto lo comparemos con el que realiza una máquina.

Preguntas para pensar

1) ¿En qué situación nuestro cuerpo se encuentra en equilibrio indiferente?

2) Puede existir equilibrio estable en presencia de tres fuerzas?

Video: Prueba de estabilidad de construcciones ante terremotos.

En el siguiente video se ven unos modelos de una casa, un muro y una columna sometidos a diferentes esfuerzos para demostrar que los edificios son seguros ante un temblor.

En el primer video observamos una casa residencial de marco de madera de 13.5'×19.5', que representa un diseño de los años 40 en San Francisco, E.U. El modelo es sacudido en una mesa hidráulica, la cual duplica los movimientos de la Tierra. Es interesante observar el comportamiento de la estructura dependiendo de la intensidad y duración de las sacudidas. Estos modelos proporcional invaluable información para los arquitectos, ingenieros y legisladores para crear las condiciones para tener construcciones más seguras ante acontecimientos tan fortuitos como los terremotos.

En la capital de México frecuentemente debemos lidiar con tales sacudidas, no es agradable. Pero, afortunadamente, en los últimos años no han sucedido tragedias. Estos estudios son importantes para nuestra sociedad.

Preguntas para pensar

1) ¿Qué caracteristicas físicas deben presentar estos modelos para predecir su estabilidad en un temblor?

2) ¿En qué otras situaciones científicas son importantes los modelos/maquetas?

Videos: Domino de Mentos con refresco de Cola

Las pastillas efervescentes en el refresco de Cola producen una alta presión, por eso puede salir disparado, a alta velocidad, un chorro de líquido. Alcanzando una gran altura.

La reacción química de las pastillas y la bebida se aprovecho en los siguientes videos para crear una exhibición de reacción en domino. La divertida y elaborada demostración prueba que la ociosidad puede cautivar a la imaginación. Disfruten los videos.

Más información:

Estos chicos tienen una versión de los videos anteriores, pero con post-sticks

Preguntas para pensar

1) ¿Qué tipo de fuerza es la que hace que se mueva el líquido? Recuerda que solo existen 4 clases de fuerzas en la naturaleza: gravitacional, electromagnética, nuclear fuerte y nuclear débil

2) ¿Con suficiente presión en las botellas se puede levantar por los aires a alguien? Da una respuesta y luego ve el siguiente post sobre bomberos y autos compactos.

Video-juegos+física+ matemática = diversión mejorada

Los modernos video-juegos emplean la física para alcanzar simulaciones realistas y crear efectos especiales espectaculares. Desde juegos de billar, simuladores de vuelo, fuego, movimiento de telas; todas son modeladas empleando los principios fundamentales de la dinámica.

Exploraremos algunos ejemplos donde la física es empleada en los video-juegos. Posteriormente, describiremos algunos detalles técnicos de como la física es incorporada en los video juegos.

Los desarrolladores de video juegos relatan sus historias empleando increíbles gráficas, música conmovedora, ricos efectos de sonido y un comportamiento realista. La idea es crear un ambiente emocional, visual y físicamente real. De otro modo es ridícula la experiencia.

¿Cómo los desarrolladores de video juegos crean este realismo? Ellos emplean conocimientos y técnicas de otros campos, como la física. Más específicamente, las técnicas empleadas para simular un auto que se estrella pertenecen al tema de la dinámica clásica.

Este es el modo en que se hace:

Mientras tu carro virtual va por una carretera, un modulo del video juego, un programa llamado máquina física del juego, se encuentra constante monitoreando la posición, velocidad y la aceleración del auto. Al mismo tiempo, la máquina virtual revisa constantemente la distancia entre el carro y los obstáculos de camino, como postes de señales.

Cada choque, rodada o resbalada es calculada con alta precisión por la máquina física, cuando lo hace apropiadamente los resultados son sobresalientes. Estos cálculos son basados en la aplicación de los principios del impulso (momentum). Por ejemplo, al instante en que se presenta una fuerza en función de la velocidad, como en una colisión entre el carro y otro objeto, se empieza por obtener la aceleración, la velocidad y la posición de los objetos involucrados en base de los valores previos de la aceleración, velocidad y posición, respectivamente. De modo que todo calculo se basa en el antecedente previo. Este proceso se hace muy rápidamente y cientos de veces para cada etapa para seguir la evolución del choque.
La máquina física esta unida virtualmente con la máquina gráfica; de modo que puedes ver los resultado en toda su gloria. La belleza 3D de la máquina sólo puede ser superada por la realidad, pero es más divertida, es más segura.

¿Dónde encuentro ejemplos del uso de los video-juegos en la física?

Algunos ejemplos prácticos son los simuladores de vuelo, movimiento de telas por el viento, fuego, los juegos de billar (cambios de momentun por los impactos entre las bolas, el taco, las orillas de la mesa, con la fricción presente), proyectiles (balones, rocas balas, granadas tales que son aventadas, disparadas o impulsadas), la caída de los objetos por la gravedad. Sin una adecuada máquina física la experiencia de juego seria falsa y muy frustrante.

¿Cómo se emplean las ecuaciones de la física?

La combinación de la segunda ley de Newton y sus dos derivadas matemáticas son suficientes para describir el movimiento lineal completo de cada elemento que forma un objeto de un video-juego. Empleando la expresión: 

donde F es la fuerza, m representa a la masa de un objeto y a es la aceleración. 

Pero los cuerpos rígidos pueden girar, por ello se requiere calcular la torca y sus dos derivadas. La que es muy parecida a la segunda ley de Newton, pero se sustituye el ángulo por el desplazamiento. Así, se obtienen las rotaciones.

Ahora, las ecuaciones no son resultas analíticamente, deben resolverse numéricamente; por lo que se requieren métodos iterativos. Es decir, para calcular una nueva velocidad hay que basarse en el valor de una velocidad anterior. Todo cálculo se basa en los antecedentes del movimiento. La eficiencia del algoritmo es crucial para tener juegos en tiempo real que muestren gráficas, sin saltos bruscos.

Pasos básicos para obtener las cifras importantes en un video juego.

Finalmente, cuando los modelos y los algoritmos son desarrollados, los programadores de juegos pasan un buen tiempo probando a la máquina física, asegurando el funcionamiento del juego. Este etapa no es realizada a la ligera y consiste en pruebas y errores, hasta alcanzar un juego estable, eficiente, creíble, y lo más importante, divertido

Para saber más:

• En este entrada puedes ver como se realizan los primeros pasos de simulación por computadora de cuerpos blandos.
• Bourg D M 2002 Physics for Game Developers(Sebastopol, CA: O’Reilly) www.ora.com
• Bourg D M 2002 Five Steps to Adding Physics BasedRealism to Your Games (Sebastopol, CA: O’Reilly) www.ora.com
• Bourg D M 2003 Physics for Game Developers Course Notes (Game Institute) www.gameinstitute.com
• Bourg D M and Seemann G 2004 AI for Game Developers (Sebastopol, CA: O’Reilly) www.ora.com

Los antecedentes del salto Bungee, un lanzamiento de fe

El ritual llamado N'gol es uno de los más espectaculares eventos del mundo, un verdadero riesgo a las extremidades y a la vida de sus practicantes. Algunos piensan que este rito es la inspiración de los saltos bungee.

El rito es efectuado por los indígenas de la isla de Pentecostés en el archipiélago de Vanatu, en el océano Pacifico a 2000 km al este de las la isla de la Reina de la costa Australiana. Usualmente, los saltos son realizados en el sur de la isla.

La leyenda local cuenta que la mujer de Tamale huyo de su casa, pues él la golpeó. Ella se ocultó en lo alto de un árbol, Tamale la encontró y ascendió por el árbol; antes de ser alcanzada, ella salto del árbol y el calló tras su esposa; pero ella estaba amarrada de los tobillos con lianas, por lo que sobrevivió al golpe. Contrastando, él se estrelló violentamente contra el suelo.

Hombres y muchachos, los más jóvenes de siete años de edad, saltan de plataformas en demostración de fuerza y declaración de no ser engañados por una mujer nuevamente. Los nativos creen que ejecutar la ceremonia asegura la cosecha de ese año. A principios de abril, los isleños comienzan la construcción, en cada villa, de al menos una enorme torre de madera, frecuentemente alcanzando alturas de 25 metros. La ceremonia dura uno o dos días entre abril y junio. Esta prohibido que los turistas realicen la ceremonia.

La construcción de una torre de salto es un trabajo sofisticado emplean un árbol grueso, limpio de ramas, como pilar central de la torre. Alrededor del pilar central utilizan otros troncos de 12 a 25 metros de alto para levantar la plataforma. Toda la torre es sujetada por medio de ramas y lianas, las que son muy elásticas después de la temporada de lluvias. La torre es rectangular con una inclinación de 16 m. La torre es dividida en 12 niveles. En estos niveles hay plataformas desde donde los hombres saltan. Las torres deben estar cerca de un ligero declive, mientras que el terreno es preparado con antelación, todas las rocas son retiradas y el piso es molido finamente.

Cada hombre se prepara mentalmente para el salto, mientras sus amigos le atan los tobillos. Abajo, la gente baila y canta. Antes de la hazaña el saltador levanta los brazos, la gente detiene sus cantos y escuchan las palabras del hombre (que pueden ser de problemas materiales y familiares). Después de todo, pueden ser sus últimas palabras. Cada isleño cruza los brazos en su pecho y salta tan lejos como puede. Por el impulso, las lianas son jaladas un par de metros, suficiente para salvar la vida del saltador. Algunas veces las lianas se rompen, pero la inclinación del terreno y el piso pulverizado evitan tragedias mayores.

Debido a su comercialización, el gobierno reguló estrictamente al N'gol en 1995. Manteniendo un sitio particular para los turistas y preservando el ritual como parte fundamental de su cultura.

Próximamente hablaremos de la física que esta involucrada en este ritual y el salto bungee. ¿Te atreverías a saltar? ¿Qué tan alto?

Para saber más visita:

En el siguiente video puedes apreciar el ritual

Otro video de National Geografic

Video in the News: Land Diving—Jump of Faith