sábado, febrero 05, 2011

Globo de helio y fuerza centrífuga | El Cedazo

Física extraña (1): Fuerza centrífuga


Envía este artículo por e-mail Envía este artículo por e-mail
Puedes suscribirte a El Cedazo a través del correo electrónico o añadiendo nuestra RSS a tu agregador de noticias. ¡Bienvenido!

No se si la iniciativa cuajará o no, pero oye, que no sea por no intentarlo y dar el primer paso.
Me gustaría crear una serie compartida en El Cedazo. Se trata de una serie de “física extraña”, o cosas que el sentido común nos indica que deberían funcionar de una determinada manera pero resulta que no, que lo hacen de otra diferente.
A pesar de que soy un tipo muy curioso, me encanta la física y las “chorradas” son mi especialidad, no creo que pueda crear una serie completa por mí mismo, así que el que quiera apuntarse tiene mi agradecimiento.
Dicho esto, os presento el primer artículo sobre “Física extraña”, o…

Física Extraña: La fuerza centrífuga.

Va a ser peccata minuta, una curiosidad para abrir boca: interesante, curiosa, desconcertante cuando ves lo que ocurre (si no sabes por qué ocurre), y de lectura ligera.
Todos sabemos que cuando vamos en un vehículo y tomamos una curva a derechas la fuerza centrífuga nos empuja hacia la parte izquierda del vehículo; si la curva es pronunciada y la velocidad es “quizás” un poquito más elevada de la recomendada, a veces hasta se escuchan golpes y cosas rodando por el maletero.
Aplicación de fuerza centrifuga en un kart tomando una curva
Fuerza centrífuga aplicada
Empezando por el principio: ¿Qué es la fuerza centrífuga?
Bueno, esto yo no pensaba escribirlo, pero Pedro me ha pedido que demos alguna explicación para que el artículo quede así un poco más didáctico. No creo ser la persona indicada para dar explicaciones técnicas, porque yo soy físico aficionado de garrafón, así que… bueno, mis explicaciones son eso, de garrafón.
La fuerza centrífuga es una fuerza que no existe ( ¿?¿?¿?¿?¿? ). Sí, dicho así suena raro, pero es la realidad, a este tipo de fuerzas que no existen se las llama “fuerzas ficticias”.
Y tú dirás: pues pa’ no existir, yo la siento bastante a menudo
Vale, sí, es cierto, pero con que “no existe” nos referimos a que en realidad no hay nadie (ni siquiera un enanito malévolo) invirtiendo energía para empujarte en la dirección en la que tú notas el empuje.
Lo cierto es que la fuerza centrífuga es una consecuencia de la inercia. Hubo una vez un tipo listo llamado Newton que dijo en su primera ley que: “Todo cuerpo persevera en su estado de reposo o movimiento uniforme y rectilíneo a no ser que sea obligado a cambiar su estado por fuerzas impresas sobre él“.
Entonces, lo que nosotros sentimos como la fuerza centrífuga, no es más que nuestro cuerpo “tratando de perseverar en su estado de reposo” mientras el vehículo trata (por el rozamiento de nuestro culo con el asiento) de cambiar la dirección de nuestro desplazamiento.
De esta forma sentiremos una fuerza centrífuga siempre que el vehículo nos esté transmitiendo energía para cambiar la dirección de nuestro desplazamiento y la sentiremos en sentido contrario al cambio de dirección que propone el vehículo.
¿Ha quedado claro con mi explicación de garrafón? ¿No? Pues toma: Fuerza centrífuga en la Wikipedia al canto.
Pero…
¿Existe alguna cosa en la Tierra que se comporte de forma extraña? Pues sí…
Os propongo el siguiente experimento:
La próxima vez que paséis por la Plaza Mayor de vuestro pueblo, acercaros al vendedor de globos de helio, poned de excusa a vuestro sobrino (aunque éste no exista) y adquirid uno de los globitos. Tampoco son tan caros.
Digo que pongáis de excusa al sobrino porque si decís que es para tratar de profundizar en el conocimiento sobre el funcionamiento de la física en nuestro universo… os van a mirar raro… a no ser que la crisis esté tan mal que ya haga falta ser astrofísico para que te contraten para vender globitos… que igual podría ser.
Bueno, a lo que íbamos, el efecto se ve mejor cuanto más grande es el globo, pero tiene que ser lo suficientemente pequeño como para tener movilidad dentro del coche, o sea: coged uno pequeño a no ser que penséis viajar en autobús.
Ok, ya tienes tu globito y estás pensando: más vale que esto funcione, porque si no, le voy a llenar a Rantamplán los comentarios de palabras malsonantes.
¿Qué tienes que hacer a continuación?
Pues nada, montarte en un vehículo móvil y girar un par de rotondas o tres con el globo sujeto por la cuerda, pero dejándole libertad de movimientos dentro del automóvil para que elija su propio destino.
¿Qué va a ocurrir?
Pues nada, que el desgraciado del globo va a desplazarse en la dirección contraria a la que dicta el sentido común, nuestro instinto y las leyes de la física más elementales y además golpeándonos en la cara casi seguro en el proceso.
¡¡Maldita sea el globo!! ¡¡En este coche se respetan las leyes de la termodinámica!![1]

..
.
¿Por qué ocurre lo que ocurre?

..
.
¿Estás seguro que quieres que te lo cuente?

..
.
Venga, va, si has llegado hasta aquí, te lo cuento: La verdad es que el globo no tiene culpa de nada, el pobre, es su hermano mayor el que le está empujando en la dirección contraria, su hermano mayor y más pesado: “El aire”.
Y es que nuestro cerebro tiende a asumir que el aire no existe, no tiene masa ni se desplaza, pero no es así, lo que puede comprobarse fácilmente cuando hace viento.
La fuerza centrífuga tiende a empujar toda la masa del vehículo hacia la parte exterior de la curva, pero en ese desplazamiento tienen preferencia los cuerpos más pesados. Cuando nosotros nos desplazamos hacia el exterior de la curva, lógicamente estamos desalojando el aire que ahí hubiera, que pasa a ocupar el espacio que nosotros ocupábamos antes.
A pesar de que el aire, como nosotros, está sufriendo esa fuerza centrífuga.
Al globo le pasa exactamente lo mismo, siente esa fuerza centrífuga, pero sin embargo tiene la desgracia de ser el cuerpo más liviano del entorno (por eso flota) y por esa razón el aire de su entorno, más pesado que él tiene preferencia para ocupar la parte exterior de la curva dentro del vehículo.
Ok, Ok, todo esto tiene sentido, pero ¿de dónde sale la fuerza que empuja el globo de helio en la dirección contraria? Quiero decir, si existe una fuerza que le empuja hacia afuera, y el globo decide ir hacia adentro es porque tiene que haber otra fuerza que le empuja en esa dirección, ¿de dónde sale? ¿Por qué no acaba toda la masa del vehículo (globo incluido) aplastada contra la pared del vehículo?.
Bueno, esa fuerza sale de la diferencia de presiones debido a la acumulación de aire en la parte del vehículo que se corresponde con el exterior de la curva.
A medida que el aire se desplaza, la presión en esa zona aumenta, mientras que la presión en la contraria disminuye, lo que ejerce una fuerza sobre el globo que lo desplaza.
Para ver mejor el efecto se pueden hacer varias cosas:
  • Cuanto más grande es el globo, mejor, porque más aire desplaza.
  • Cuanto más en el exterior de la curva esté antes de iniciar la curva, mejor, porque más presión se ejercerá en esa zona para desplazarlo.
  • Cuanta más fuerza centrífuga apliquemos, mejor… siempre y cuando no nos vea la policía local o la guardia civil…
Y poco más me queda por añadir, salvo que os animo a que participéis en esta sección con vuestras físicas extrañas, esas cosas que cuando las ves dices ¿ein? Y luego resulta que tienen explicación (Y más nos vale que la tengan, porque andar cambiando las leyes de la física a estas alturas iba a ser un engorro).
  1. Nota del Editor: Homer Simpson se lo decía a Lisa cuando ésta construyó en su casa una máquina de movimiento perpetuo. Y no, no lo he visto en la serie, que pocas veces veo: lo leí en un libro estupendo de nombre “Física de lo imposible”, de Michio Kaku, que está en mi librería junto a “Relatividad sin Fórmulas”, de un tal Pedro Gómez-Esteban y a “Una breve historia de casi todo”, de Bill Bryson. []


Portal de recursos para la Educación, la Ciencia y la Tecnología.

ESPACIO VIRTUAL

BIENVENIDOS. ENCONTRAREMOS ALGUNOS TÓPICOS SOBRE EDUCACIÓN, ACTUALIDAD CIENTÍFICA Y TECNOLOGÍA.