Jugando al equilibrista mientras esperas tu comida

Presentamos  un video de un acto atrevido con los cubiertos y botellas de tus compañeros de mesa.

Recapitulemos, el equilibrio mecánico sucede cuando la suma de todas las fuerzas (lineales o rotacionales es cero), en otro caso se mueve el objeto. La condición es que el centro de masa, ese espacio donde estadística y físicamente se puede considerar la concertación de toda la masa del cuerpo no se mueva, aun cuando todas las demás partes si lo hagan. 

Un ejemplo de equilibrio mecánico (estático) es la torre de Pisa, o su versión juguete que puedes hacer con una lata de refresco, es muy sencillo de lograr.

También encontramos situaciones en que se requiere del movimiento para mantener el equilibrio mecánico, por lo menos unos segundos. Por ejemplo, en los trompos, las bicicletas, también, en este vehiculo de una rueda.

Encontramos también sistemas en movimiento, que están a punto de caer, pero un programa de computadora permite rápidamente mover una pieza y mantener el equilibrio de un sistema inestable.

Pero no solo las computadoras lo hacen, todos los días realizamos actos de equilibrio: caminar, pues en un instante estamos sobre un sólo pie y podemos caer. Hay personas que esta habilidad la han llevado a ser un arte; como este niño, de quien ya hemos platicado.

Sin embargo, con todos esto ejemplos, ¿sabemos en realidad que es el equilibrio en física?, ¿por qué precisamente debe ser el centro de masa el que no se mueva y el resto del cuerpo esta libre de movimiento?, ¿existen otras clases de equilibrio? Estén pendientes, la respuesta les puede saltar a la vista.

Preguntas para pensar:

La definición matemática del centro de mase se parece a un promedio ponderado. ¿Por qué?, ¿en qué son similares?

¿Todos los cuerpos tienen centro de masa?

¿Dónde esta el centro de masa de un anillo de densidad constante?

¿Puede el centro de masa sitiarse en donde no hay masa?

Links

Buscando el centro de masa de figuras planas

Video: Equilibrio mecánico de una lata de refresco

Lego que hace de Atlas para sostener muchos juguetes.

Video: demostración de la energía mecánica, límites y paradojas.

¿En que se trasforma la energía cuando se detienen los objetos? ¿Existe un límite para energía cinética?, ¿existe límite para la energía potencial gravitacional?

En este video un entusiasta profesor (Julius Sumner Miller) demuestra la conservación de la energía potencial gravitacional en energía cinética; muestra cómo la energía se disipa en calor, sonido y otras vibraciones; hasta que la fuerza de fricción es lo suficientemente fuerte para detener al móvil. Veamos el video.

Las herramientas matemáticas de la física se aplican en situaciones determinadas; por ejemplo, la fórmula de mecánica clásica:

Donde E es la energía, m es la masa y v es la velocidad del objeto. Es una expresión funcional hasta que la velocidad se aproxima a la velocidad de la luz en el vació. De tal modo, la formula debe cambiar para poder ser útil.

Otra fórmula ampliamente usada en mecánica clásica (también es muy estudiada en el nivel preparatoria), es la expresión de la energía potencial gravitacional:

Donde g es la aceleración en caída libre (en la Tierra presenta un valor promedio de 9.8 m/s^2), Un estudiante ingenuo podría pensar que no existe limite para la anterior representación. Sin embargo, la mentada g es constante cuando se supone que la Tierra es plana; es decir, cuando no se debe considerar la curvatura del planeta; aproximadamente esto es un 1 km cuadrado, más allá, la gravedad no es una constante. Por tanto, la dependencia lineal de la energía con la altura se pierde. Por ello, no tiene sentido usar esa fórmula para calcular la energía potencial de la Luna respecto a la Tierra.

Los principios fundamentales de la física no cambian, pero todas las fórmulas tienen un marco de validez. Conocer las limitaciones de la matemática, es aprender un poco sobre la naturaleza, es saber física.

Links

¿Cuánta energía tiene una plancha de lucha libre?

Autos a gran velocidad y tiros parabólicos.

Video: Canicas rodando en una escultura cinética

¿Por qué para los científicos, tener potencia es durar poco?

En todos los campos de la vida es importante tener mucha potencia, pero en el ámbito científico es importante que el tiempo sea breve. Aquí explicaremos esta idea y mostraremos las tecnologías más potentes con que cuentan los laboratorios.

Coloquialmente, la gente se refiere a muchos terminos cienficos de un modo que no tiene nada que ver con la definicion de la palabra. Por ejemplo, las palabras: fuerza, energia y potencia las utiliza la gente como una misma idea; como sinomos de las palabras: vigor y briosidad. En el habla cotidiana estas referencias son adecuadas, pero son inexactas. En particular potencia tiene una conotacion bien delimitada.

En terminos cientificos, la potencia se refiere a la cantidad de trabajo desarrollado por un cuerpo (una caja, un planeta, un atomo, etc) en un lapso.

Donde P es la potencia E es el trabajo realizado y el tiempo trascurrido es t. Escribimos con la letra E al trabajo porque este es tambien la energia; es decir el trabajo puede ser energia cinetica, energia potencial o la suma de todas las energias. El concepto de energía no toma en cuenta el tiempo trascurrido, la potencia si lo hace. Entonces la energia es a la potencia, como el desplazamiento a la velocidad. Cuando la energia varia en tiempo esta simple expresion requiere que se sumen secciones donde se pueda considerar constante el trabajo, es decir, se recurre a la integral.

Después de revisar las bases del concepto de potencia, observamos que en la anterior fórmula, el trabajo se presenta unicamente mientras se desarrolla el proceso. Podemos tener dos procesos donde el cambio de energía sea igual, en otras palabras, dos fenómenos donde el estado de energia incial es igual al estado de energia final, pero difieren en el tiempo que necesitan para producirse. Uno es lento, el tiempo es grande, por lo cual su potencia es pequenna; mientras que el otro es muy rápido, el tiempo es infimo, por lo cual su potencia es alta.

En nuestra cultura occidental moderna, encontramos muchos ejemplos de máquinas que relizan trabajo en tiempos bien determinados. Por ejemplo, los láseres de alta potencia son capaces de entregar rapidamente paquetes de energia sobre materiales, y con ello podemos cortarlos, soldarlos, crear reacciones quimicas en ellos (como en la ablación láser), entre otros efectos importantes para la industria y la investigacion. El láser que ostenta el titulo del mas potente laser Nova , del laboratorio Lawrence Livermoore (U.S.A.), este aparato es capaz de entregar varios miles de joules (la unidad MKS de la energia) en menos de un par de microsegundos; el laser es tan potente que cuando se enfoca en una superficie, por unos cuantos segundos, el material alcaza temperaturas cercanas a la superficie del Sol, Eso si es potencia!.

En resumen, en el habla comun las palabras cienficas pueden tener otros significados; la potencia se relaciona con el vigor y deseo sexual (donde es importante contar con tiempos prolongados), Sin embargo, en la ciencia, la potencia alta requiere que el proceso dure poco, mientras menos dure mas potencia. La potencia en fisica, no es la potencia fisica que aclama darla pastillita azul.

Preguntas para pensar:

¿Qué otros conceptos de la ciencia tienen un significado diferente en habla normal?

Aparte de la fisica, ¿hay ejemplos en otras ciencias?

Links:
Cómo se hace café instantáneo con un láser de alta potencia.

¿Un láser de alta potencia puede cortar una pizza, pero no encender un cerrillo?

Imagen tomada de firevolution