Video: motor de nitrógeno líquido (experimento)

Este video es una demostración para el salón de clases, es peligroso no lo trates de hacer cuando te falta entrenamiento o supervisión de un experto.

Consiste en poner nitrógeno líquido en un recipiente, taparlo y de la tapa salen dos mangueritas, se colocan opuestas una de otras y todo el recipiente se pone en un contenedor, sólo para que no caiga el primer envase con el nitrógeno líquido. Mira el video



Los gases salen expulsados como lo hace un motor de vapor, pero en este caso los gases del nitrógeno son los que salen disparados del envase, por conservación del impulso, el envase da vueltas cuando sale el gas, un efecto muy parecido al retroceso de las armas de fuego.

Puedes usar este video para ilustrar una clase de mecánica clásica, o de cambio de fases, o lo que mejor se te ocurra.

Preguntas para pensar:

¿Cómo puedes usar la tercer ley de Newton para explicar este experimento?

¿Cuándo funcionaria mejor este motor?. A) cuando el cuarto está a una temperatura baja (-10oC), B) cuando el cuarto está a una temperatura alta (40oC).

¿El vapor del nitrógeno empuja algo al salir?

Links relacionas:

Anécdota: al New York Times olvidó la física de bachillerato en 1920 (tercera ley y momento lineal)

Conservación del ímpetu según la mecánica clásica. (ímpetu lineal)

Experimento simple de momento de inercia: carrera de bolas (momento angular)

Fisica de un gato en caída libre (momento angular)

A veces muevo mi carro con un extinguidor

En este video hay una demostración de conservación de ímpetu. Un carrito es impulsado por la materia que expulsa un extinguidor de incendios.

El experimento es sencillo de implementar para una clase, pero se debe preparar con tiempo y cuidado, el extinguidor expulsa material muy violentamente.

Resulta que cuando se lanza material, hay un reculeo, muy típico de las armas de fuego.

Este retroceso es debido a la conservación de impetu:

En palabras llanas, esta es la razón del efecto. Al principio el centro de masa del carro no se mueve, nada se mueve. Pero se liberan los gases y líquidos a alta presión del extinguidor, salen con alta velocidad. Sin embargo, el centro de masa no se mueve (asi se comporta la naturaleza), por tanto, el carro debe moverse en sentido contrario al del chorro del extinguidor. De este modo se conserva el ímpetu.

Este principio se emplea en los cohetes espaciales, aviones a chorro y otros vehículos. Esperamos que lo puedan hacer en su escuela o patio. Pero recuerden hacerlo bajo la supervisión de un adulto o lo más cercano posible a eso.

¡Felices experimentos!

Preguntas para pensar:

¿Cómo puedes hacer este experimento sin un extinguidor y moviendo un objeto más pequeño que una persona?

¿Que es mejor lanzar objetos con alta o baja densidad? Piensa en la relación de la masa y la densidad.

Conociendo la masa o la densidad del extinguidor y el carro. ¿Qué es más sencillo medir? A) la velocidad del carro, B) la velocidad del carro. Piensa que estas haciendo el experimento donde puedes calcular una velocidad o la otra.

Links relacionados

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Conservación del ímpetu según la mecánica clásica. (ímpetu lineal)

Bases de Operaciones con Vectores

Estas son tres lecciones en español de operaciones con vectores, son videos de introducción de los temas de física, pero muy bien explicados. duran menos de 10 min, cada uno.








Los videos son rápidos y bien explicados, pero son una introducción. Si deseas dominar el tema, usa un libro de texto y revisalo hasta entender los problemas, júntate con otros estudiantes y resuelve problemas donde puedan comprobar la respuesta, resuelve más problemas y si te atoras, pregúntale a un profesor o alguien más adelantado que tú. Seguro aprenderás rápidisimo.

Me encanta que las personas se animen a subir estos videos, que busquen que todos reciban educación. Creo que es una forma de desear realmente el progreso del prójimo.

!Felices cálculos¡

Preguntas para pensar

¿Los vectores pueden tener más de tres componentes?

En términos de computadoras, existen gráficos vecotoriales. ¿Cuál su la relación con los vectores en física?

Máquinas Rube Goldberg para abrir y servir cerveza

Las maquinas de Rube Goldbberg son pasatiempos caseros muy entretenidos, Aquí una cerveza se sirve con un mecanismo muy bien logrado, vale la pena todo el video.

Este video muestra su aplicaron en el arte de abrir y servir cerveza fría. Lo realmente bueno del video es en el minuto 7:33.

Este video muestra otra idea para servir una botella, la maquina es bastante simple de implementar

Más máquinas de Rube-Goldberg en este sitio.

Preguntas para pensar

Las maquinas de Rube Goldberg suelen contener elementos de energía potencial, energía almacenada que se puede convertir en energía en movimiento (energía cinética). Mencione tres elementos donde se almacena energía.

¿Cómo se relaciona la primera y segunda ley de Newton con la máquina de Rube Goldberg?

Si un máquina de Rube Goldberg se coloca dentro de un vehículo a velocidad constante. ¿Cómo se altera el desempeño de la máquina?, ¿y si el vehículo acelera?

Héroes, aceleraciones y películas de moda: Hancock (2008)

En muchas películas y caricaturas vemos que los humanos en desgracia son salvados por el super-héroe, pero los escritores deberían de tomar en cuenta la física y hacer más real su relato. Este es un ejemplo pequeño.

En esta semana vi la película Hancock (2008), donde el super-ser usa su extraordinaria fuerza para detener un pesado tren y salvar a un hombre. Todo eso esta muy bien, pero cuando un objeto disminuye su velocidad, se presenta una aceleración. Esto es la primera y la segunda ley de Newton.

Entonces, para sentar ideas, cuando un tren tiene una velocidad de 150 Km/hr y es detenido bruscamente, en un segundo. Así, la aceleración que se presenta es de 4.3 g, donde g es la aceleración en caída libre, es decir 9.8 metros sobre segundo al cuadrado.

Una aceleración de 4.3 g en un segundo es suficiente para causar lesiones de cuello. La seriedad de la lesión depende de la condición física de la persona, pero un bebe de un año de edad moriría, pues sus sesos se estrellarían en el cráneo, recordemos que los bebes en esta etapa están creciendo rápidamente, por ello no debes sacudir a un bebe, le puedes causar un daño irreparable. Es ejemplo se puede aplicar a otras películas, héroes y situaciones.

Disfruten sus películas de fin de semana, y esperemos que los escritores esten al nivel del los efectos especiales de nuestras pelis favoritas.

Les dejo el avence de la película, con la escena mencionada.

Preguntas para pensar:

¿Por que una alta aceleración puede lastimar, pero una alta velocidad no lástima? Piense en la primera ley de Newton.

Mencione dos situaciones donde las películas se equivocan en el comportamiento de la naturaleza.

Los errores de las películas pueden causar confusión y una mala educación en la gente.


Links relacionados sobre películas:

Watchmen, the movie: sus bases científicas reales

¿Por qué el cambio de caliente a frio rompe objetos?

La película UP tiene bases científicas.

Las balas pueden hacer curvas, ¡como de película!

La física detrás de la bola de la muerte

Analicemos algunas características de este famoso y espectacular truco de circo, que incluso Homero J. Simpson uso en su película (The Simpsons 2007).

Primero, recordemos como es el truco, veamos un video:



En una jaula esférica de acero se mete, al menos, una moto. El acróbata enciende la máquina y da vueltas dentro de la esfera. En versiones más arriesgadas se meten hasta cuatro motos en una esfera de poco volumen.

Ahora, algunas preguntas que nos pueden surgir. ¿Por qué no se caen las motos en pleno viaje?, ¿qué velocidad necesitan los acróbatas para hacer el truco?, ¿cómo influye la fricción en este truco?

Pues adelante, la motocicleta da vueltas en la esfera y por dar la vuelta hay aceleración centrípeta, como lo hemos discutido en otros comentarios esta aceleración es un vector que apunta hacia fuera del centro, pero la moto no se sale de la jaula, hay otra fuerza que impide que se separen las llantas de la moto y la jaula. Esta fuerza es una fuerza normal, pues perpendicular a las superficies.

Ahora, el punto donde la motocicleta es más vulnerable a caer, es en la parte más alta de la esfera (no hay superficie que descomponga este vector). Para que no caiga la moto, en este punto la fuerza centrípeta debe ser igual al peso de la moto:





Entonces la velocidad mínima para hacer el truco debe ser



Por arriba de esta velocidad se puede seguir haciendo este truco. En el caso de una jaula de 10 m de diámetro la velocidad mínima es 7 m/s. en el caso de una esfera de 2 Km de diámetro (estoy pensando en encerrar en una esfera una pueblito de E.U.) la velocidad mínima para hacer el truco es 99.0 m/s (356.4 km/h), velocidad que puede alcanzar un bólido de Formula Uno.

Muchos son los trucos de circo y magia que se pueden explicar con ciencia y describir con matemáticas. No hace el truco menos espectacular, pero nos permiten comprenderlo mejor, apreciarlo y tal vez intentarlo.

Tomen un respiro para hacer su trabajo y felices experimentos!

Preguntas para pensar:

Las ruedas de la moto están sometidas a fricción cinética, de otra manera las ruedas resbalarían. ¿Cómo cambia la expresión de velocidad? Considere la masa y la constante de fricción, realice un diagrama de fuerzas.

¿Qué velocidad se necesita para hacer este truco en una copula de 1 km de diámetro?

¿Cómo se relaciona este truco con el giro que puede dar un carro en un loop?

Links de interés:

La física del paso de baile “moonwalker” de M. Jackson (cuando conviene la fricción)
 

Tren atrapado en un riel superconductor (cuando conviene eliminar la fricción)

La física de las chimeneas gigantes en caída libre.

Para todos los que les gusta las demoliciones de enormes chimeneas que se rompen a la mitad del viaje hacia el suelo. Hoy les presentamos unos videos, una descripción con ecuaciones y un modelo experimental que se puede hacer en casa.

En Internet podemos encontrar varios videos de demoliciones de altísimas chimeneas, las cuales antes de desplomarse en la tierra se parten por la mitad. Veamos algunos ejemplos:





La democión de chimeneas y torres es importante cuando estas estructuras son dañadas por tornados, temblores o porque en los planes de urbanización  se deben remover tales estructuras. Entonces, cuando es necesario demoler una construcción, es mejor hacerlo de la mejor forma: basados en hechos y sentido común.

Para evitar una muerte indeseada o el daño del vecindario se debe tomar en cuenta algunos hechos físicos. En esta ocasión analizaremos la física en la caída de una de estas torres que se parte antes de tocar el suelo.

Para empezar puedes hacer una pequeña demostración física. Construyendo una pequeña torre de bloques de lego, galletas o piezas similares. Entonces déjala caer, mientras más alta mayor será la probabilidad que se rompa antes de estrellarse en el suelo. Vemos cómo funciona este pequeño modelo.







Observamos que hay una tensión en la estructura que rompe a la torre mientras viaja. La aceleración tangencial se incrementa cuando mientras menor es la distancia a la punta de la chimenea. Tanta es la aceleración tangencial que la estructura no soporta la fuerza asociada que se rompe en el viaje.

Entonces un calculo de la velocidad nos puede dar una idea de cómo la gravedad rompe al edificio.

Primero, buscaremos una razón física para que se rompa la chimenea. Desde el punto de vista de energía, que es muy sencillo de analizar encontraremos la velocidad en la caída de la torre.

Resulta que la energía potencia es



Donde $\lambda$ es la densidad lineal de la chimenea (recuerda que es una estructura muy larga y poco ancha), g es la aceleración en caída libre, mientras que y representa la altura en una sección de la torre. La solución de la integral es:




Al caer, toda esta energía potencial se convierte en energía  potencial , pues la base casi no se mueve, en comparación con la punta de la torre. La energía cinética rotacional es:



Donde I es el momento de inercia, que es un propiedad de la distribución de la masa al girar; y $\omega$ es la velocidad angular. Entonces el momento de inercia es:





Igualamos las ecuaciones de energía potencial y la energía cinética rotacional



Despejamos la velocidad angular.



Esta ecuación nos muestra la raíz del desastre. Pues implica que mientras más larga sea la torre más rápido se moverá, de tal modo que existirá una sección que se mueva tan rápido que termine rompiendo la estructura de la torre. Después de que se rompa la velocidad de la parte superior de la torre disminuye, se libera la tensión.

Esperamos que esto te permita apreciar mas profundamente las demoliciones de chimeneas.

más información en los sitios:

Un estudio experimental

Built on Facts Falling chimneys

Preguntas para pensar:

¿Cómo se asocia la velocidad angular con la aceleración angular?

¿Cómo se asocia la fuerza con la aceleración angular?

¿Qué es lo que termina de romper el material? A) la velocidad, B) la aceleración. C) Ninguno de los dos.

Experimento: cambia de hemisferio, y cambia el sentido de giro del agua en un embudo.

Muchos conocemos la leyenda urbana de que del otro lado del Ecuador el agua que corre por baño gira en sentido contrario(Los Simpsons tienen una parodia del efecto ). Este es un lindo video que muestra el experimento en tres etapas muy bien explicadas.


Este joven utiliza unos embudos decorados con flechas, un poco de agua, cuida que el agua no se mueva (para no alterar el experimento), luego libera el agua; y con una flor muestra el movimiento del agua en el embudo. Simple en el experimento, pero funcional
El muchacho primero hace el experimento del lado sur, su público mira que la flor gira en el sentido de las manecillas del reloj. Después lo hace del lado norte, encuentra que la flor gira en sentido contrario de las manecillas. Para rematar, hace el experimento sobre el ecuador y observa que el agua no gira. Me gusto la exposición del muchacho: es clara y sin pretensiones.
Bueno, hasta donde tenia entendido este efecto debería ser muy pequeño y no debería ser fácil de observar, necesito viajara a más países para comprobarlo por mi mismo.

Ahora, una explicación del efecto Coriolis, el que puede causar cambios en las corrientes. entre los hemisferos. en el campo de juegos:


Así es, en un marco de referencia en movimiento acelerado, como la Tierra, aparecen efectos de que alteran el movimiento de los cuerpos desde nuestra perspectiva terrestre; desde el exterior se ve que los objetos conservan sus trayectorias. Por esta razón a estos efectos los relacionamos con las llamadas seudo-fuerzas.

Ahora este video te muestra lo que sucede con un chorro de agua en una plataforma giratoria

Pregutas para pensar:
¿Qué tan grande es el efecto Coriolis entre los hemisferios sur y norte?

¿Qué tan grande debe ser la fuerza centrifuga para observar cambios a simple vista entre un polo terrestre y el ecuador?

¿Existe algún fenómeno que demuestre el efecto Coriolis en la Tierra?

Links de intéres:
El efecto Coriolis es muy pequeño, por lo cual el video del joven del embudo debe ser fraudalento. En el sitio mitos y fraudes hay una explicación de cómo hacer le truco.

La Trayectoria De Un Péndulo Forma Flores Por El Efecto Coriolis

Ilustramos el efecto de Coriolis con este sencillo experimento casero: un péndulo, una pequeña plataforma y un motor, mira el vídeo y date una idea clara.

El experimento consiste en tener oscilando al péndulo, este lo hace en un plano. Después enciendes el motor que mueve la plataforma donde esta montado el punto de sujeción del péndulo.

Observaras que el péndulo no cambia de plano de oscilación, a pesar del movimiento de la plataforma.

Ahora, modifica tu péndulo para que tire unas gotitas de tinta o azúcar o algo similar. Sobre la plataforma coloca una hoja de papel, ¡y manos a la obra!: El péndulo dibujará estas rosetas que representan la trayectoria del péndulo para un observador que se mueve en junto con la plataforma giratoria.

Si puedes variar la amplitud del movimiento del péndulo y la velocidad de rotación de la plataforma puedes tener diferentes diseños.

Veamos el video:


Este sencillo experimento es uno de los que más me gusto cuando estudie mecánica. espero que también te agrade.

Preguntas para pensar:

¿Por qué se mantiene constante la trayectoria del péndulo pese a que esta sujeto de una plataforma en movimiento?

Si el plano que forma la trayectoria del péndulo se aleja del centro de la plataforma estática . ¿cambiara la trayectoria del péndulo cuando la plataforma gira?

¿Cómo es la velocidad de la plataforma?, ¿Cómo es su aceleración?

¿Cómo se relaciona la primer y la segunda ley de Newton en este experiemento?

Links de intéres:

Diez populares falacias que deben evitar los profesores de física

Experimento: cambia de cemisferio, y cambia el sentido de giro del agua en un embudo.