Se vuelve molestamente fácil tirar una botella de champú cuando está casi vacía. Este es un fenómeno fácil de observar y de curiosidad que, según el profesor de física de la Universidad de Lehigh, Jerome Licini, proporciona información sobre el centro de masa y los impactos.
"La física de eso es bastante interesante y fácil de entender", dice Licini quien, junto con el mayor de física de primer año Allen Zijun Yuan, escribió un artículo sobre el fenómeno que se publicó recientemente en The Physics Teacher. En el documento,encuentran el centro de masa de una botella de champú, discuten su estabilidad en una superficie inclinada y demuestran su sensibilidad a los impactos usando un experimento simple que involucra una pelota de tenis y un transportador.
Escriben: "Un objeto colocado en una superficie inclinada y liberado se volcará si la posición horizontal del centro de masa se encuentra fuera del contorno geométrico de la base del objeto. Esto significa que un objeto con un centro de masa bajoserá estable para ángulos de inclinación más grandes. Los estudiantes a menudo se sorprenden al ver que la altitud del centro de masa de una botella de champú es una función no lineal de la fracción ocupada por el contenido. Sin embargo, esto puede verse de manera directa porreconociendo que para una botella de plástico, la masa del contenido líquido es generalmente mucho mayor que la masa de la botella. Cuando la botella está completamente llena o completamente vacía, el centro de masa debe estar aproximadamente en el centro geométrico de la botella,pero el centro de masa desciende significativamente en altitud para pequeños niveles de líquido entre esos dos extremos ".
Yuan desarrolló una demostración para mostrar el efecto del impacto y, resulta, incluso más extremo que solo mirar el ángulo.
Se puede ver un video de cinco minutos de esta demostración disponible aquí . El experimento que utiliza una pelota de tenis, un transportador y botellas de champú con diversos grados de plenitud para mostrar los efectos del impacto comienza a las 2:40.
Como Licini explica en el video, usando una botella llena de champú: "Entonces, lo que tenemos aquí es una pelota de tenis montada en una cuerda que puede retroceder a diferentes ángulos. Pones un transportador aquí para medir ese ángulo de lanzamientoY observe lo que sucede cuando impacta esta botella de champú. Entonces, puede ver que para un ángulo de diez grados, no pasa nada. Para un ángulo de 15 grados, la botella aún es estable. Se necesita un ángulo de aproximadamente 23 grados en ordenpara darle a esta botella suficiente energía rotacional o momento angular, para elevar el centro de masa por encima del punto de estabilidad y volcar [la botella] ".
Realizando el experimento con una botella de champú que está llena en un 30 por ciento, Licini dice: "Cuando tenemos nuestra botella con el centro de masa más bajo lleno hasta el 30 por ciento, nuevamente es bastante estable. A cinco grados, no rebotaproblema. A diez grados, hay impacto pero aún así se balancea y luego vuelve a la estabilidad. Eso es porque el centro de masa es bajo. Se necesita un ángulo de aproximadamente trece grados para finalmente tirar esa botella ".
Luego, finalmente, usando la botella de champú vacía, Licini explica: "Pero la botella vacía es mucho más molesta que todo eso. Debido a que la masa es tan ligera, eso significa que tendrá una gran respuesta al impacto. Y, porqueel centro de masa es tan alto [por encima de la base] que se volcará fácilmente. Por lo tanto, en este caso, solo se necesita un ángulo de unos tres grados para volcar esa botella. Por lo tanto, mucho menos estable que cualquier otrode las otras configuraciones "
"Construimos una demostración para producir impactos a partir de una sacudida pendular", escriben los autores. "Una pelota de tenis de masa de 57,7 g golpeando la botella a una altitud de 13,7 cm resultó ser una buena combinación de impedancia mecánica y centro depercusión: se ataba una cuerda a la pelota de tenis para que su centro se desplazara en un arco de radio de 37 cm, y se montaba un transportador para determinar el ángulo de liberación del péndulo, con 0 ° indicando el punto de impacto cuando la cuerda era vertical... Los ángulos de lanzamiento requeridos para el impacto para inclinar la botella se pudieron determinar a ± 0.5 ° y fueron aproximadamente 20.5 ° para una botella llena, 12.0 ° para el nivel de estabilidad máximo y solo 3.0 ° para la botella completamente vacía.La energía potencial inicial de la pelota de tenis en estos ángulos viene dada por mgl [1? cos ?] y produce valores correspondientes de 13.2 mJ, 4.6 mJ y 0.3 mJ, ilustrando la drástica disminución de energía requerida para volcar la botella vacía."
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Lehigh . Original escrito por Lori Friedman. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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