El trompo loco
**** SEPENDICI: SENDERO PEDAGÓGICO para la ENSEÑANZA y DIVULGACIÓN de la CIENCIA ****
lunes, 31 de octubre de 2011
El trompo loco
lunes, 24 de octubre de 2011
La zaranda criolla
INVITACIÓN
Apreciado usuario visitante, uno de nosotros, autores de este Blog, está participando en el concurso de
Microrrelatos Científicos 2019 de la
Fundación Aquae
Si te place este género literario, te invitamos a leer los siguientes micro cuentos y VOTAR a FAVOR, si fueron de tu agrado.
La Gota y el Diamante
de
Orlando Escalona
El Bosón Extraviado
de
Orlando Escalona
La zaranda criolla
Nuestra
zaranda criolla se fabrica con el fruto de la mata de taparo y no es más que
una totuma seca y vacía (sin la tripa o pulpa) a la que se le hacen dos
orificios opuestos a lo largo de su eje principal, por donde se atraviesa con un
palito puntiagudo en uno de sus extremos. También se le perforan agujeros para que
produzca sonidos graves que imitan el canto de la cigarra.
En la parte
superior del palito se enrolla un cordel que al halarlo con un fuerte templón, la
pone a girar. Este juguete, propio de los pueblos originarios (guaiqueríes,
arahuacos, tamanacos, caribes, entre otros), se juega principalmente durante la
Semana Santa en el Llano y otras regiones del país; por ejemplo, en Valle
Guanape al noroeste del estado Anzoátegui tal cual da cuenta el monumento de
bienvenida a su entrada y en Chaguaramas en el estado Guárico.
La
zaranda la bailan las mujeres. Una forma de jugar es que las damas que
participan en el juego las pongan a bailar con un cordel enrollado en su punta,
y que los hombres le lancen sus trompos hasta pegarle y destruirlas. El que la
destruya, gana el premio acordado.
El
movimiento de la zaranda se describe a partir de las leyes de la mecánica
clásica. Este juguete tradicional es un cuerpo rígido acústico que baila con
movimiento circular, y como tal, no es más que un trompo hueco con un eje de
rotación alrededor del cual gira su cuerpo ovalado; también se puede desplazar por efecto de las fuerzas
de roce que surgen en el extremo de la punta en contacto con el suelo, girar
alrededor de su eje y precesar, es decir realizar el movimiento de cabeceo
típico del trompo. Cuando la zaranda corcovea se dice que es “zaratatera”,
contrario a serenita. Algunos personas la construyen a propósito con el “cabo
pando” (punta torcida) para que, al “zaratatear”, sea más difícil pegarle.
A
medida que baila, la zaranda suena. Al girar, el movimiento relativo respecto
al aire quieto del piso, produce compresiones y expansiones que incitan modos
de vibración en el aire contenido en la cavidad. Este proceso es equivalente a
soplarla fuertemente por los agujeros. El sonido emitido tiene una frecuencia
particular, que depende del volumen interior de la zaranda. En particular, la que
se muestra en la primera figura suena con una frecuencia cercana a los 600 Hz (vibraciones
por segundo) en el modo de vibración fundamental. Más adelante se describirán
los modos de vibración de las cavidades acústicas.
Créditos de las
fotos:
Valle Guanape: http://valle-guanape.blogspot.com/
Chaguaramas: http://tradicinensemanamayor.blogspot.com/
Se recomiendan los siguientes videos:
sábado, 22 de octubre de 2011
Peonza o trompo
Trompo o peonza
Su matemática
Su matemática
Cuando se intenta colocar al trompo en reposo
en posición vertical apoyado en su punta, nos damos cuenta de que es una acción
menos que imposible; no permanece parado sin rotar. En esa posición está en
equilibrio inestable y su peso actúa con un torque que lo hace caer al piso.
Sin embargo, si rota con velocidad angular suficientemente grande, se mantiene
erguido en equilibrio realizando los movimientos que se describen a
continuación. Este comportamiento es característico de los cuerpos que giran y
se conoce como efecto giroscópico. La energía para girar la obtiene del trabajo
realizado por la persona que lo lanza; de esta manera, a medida que se desenrolla
va adquiriendo, más y más, velocidad angular y energía cinética rotacional.
Mucha física encierra
el baile y zumbido del trompo. Daremos una explicación breve sin caer en tanto tecnicismo
exagerado. El lector interesado en mayor profundidad analítica puede consultar
la bibliografía recomendada. Tiene masa m (simétricamente repartida), momento
de inercia I, y un eje de simetría alrededor del cual
gira; pero además del movimiento de rotación sobre sí mismo, en general,
presenta un movimiento de precesión (línea
azul segmentada en la figura anterior) cuando su eje de rotación da vuelta
alrededor de la vertical y otro de nutación
(no se dibuja) cuando cabecea a
medida que gira.
Cuando gira
con su eje inclinado el ángulo α respecto a la vertical, velocidad angular ω y momento angular L, como se muestra en la figura
superior, está sometido a tres fuerzas: su propio peso p, la reacción del piso N
y la fuerza de roce fr,
descontando la fricción con el aire. El peso produce un torque τp (en la figura,
perpendicular al plano xy y dirigido
hacia afuera), responsable de la precesión y es el que lo tumba cuando su
velocidad angular es pequeña; la fuerza de reacción lo mantiene sobre el piso;
y la fuerza de roce en la superficie de contacto con la punta, produce el
torque τr (en la figura, apunta
hacia la vertical), encargado de enderezarlo hasta que logra bailar con su eje
en vertical sin precesar, así como de disminuir su momento angular inicial.
Aquí se establece el carácter vectorial
de las magnitudes remarcándolas en negrita.
Para
entender su movimiento de precesión es necesario considerar que el momento
angular L es una magnitud vectorial
cuyo módulo es el producto del momento de inercia I alrededor del eje de
rotación por la velocidad angular ω,
es decir L = I ω. La
dirección de L es igual a la
que tiene el vector velocidad angular ω. Para el trompo, también se cumple la segunda
ley de Newton para los cuerpos en rotación, que afirma que sí se aplica durante
un intervalo de tiempo dt un torque τ
a un cuerpo que gira, el momento angular cambia en dL, es decir:
Así
que, el peso p = m g, aplicado en su centro de masa
produce un torque τp = rp
x p, en dirección horizontal y
perpendicular al momento angular L
del trompo, donde rp es
el vector posición del centro de masa, medido desde el punto de apoyo de la
punta (no se dibuja en la figura). Este torque produce, en un intervalo tiempo Δt una variación ΔL = τp Δt del momento angular,
perpendicular al vector momento angular y paralela al torque. Al cabo de ese
tiempo, el nuevo vector L tendrá el mismo módulo que antes pero habrá
girado en la misma dirección de τp.
A medida que el momento angular del trompo gira, su centro de masa también
gira, al igual que la dirección de τp.
Como el eje de rotación del trompo está inclinado, una variación ΔL
del momento angular corresponde a una rotación del trompo alrededor del eje
vertical, igual a:
Por
consiguiente, el eje de rotación del trompo gira alrededor del eje vertical con
una velocidad de precesión:
Según
esta última ecuación, mientras mayor sea la velocidad angular ω del trompo, más lento será su
movimiento de precesión alrededor del eje, lo cual se puede comprobar con un
trompo clásico. Se puede observar que cuando gira muy lento, casi al final del
movimiento, precesa más rápido hasta detenerse.
Por otra parte, para describir cómo
el trompo, que empieza bailando con un movimiento de precesión, se endereza después
de cierto tiempo; se requiere considerar
que la fuerza de roce fr actúa con un torque τr = r x fr , perpendicular a r y paralelo al plano yz, cuando se
encuentra ubicado a la izquierda como indica la figura de arriba. En la
siguiente figura se han exagerado las dimensiones a fin de facilitar la
explicación. Tal como se observa en la misma, el torque τr tiene dos componentes: una paralela del eje de
simetría del trompo y otra perpendicular al mismo. La componente perpendicular hace
que cambie la dirección del momento angular y lo va enderezando a medida que transcurre
el tiempo, y la componente paralela hace que disminuya su magnitud en una
cantidad muy pequeña, pero después de un lapso de tiempo suficientemente largo,
el trompo se va deteniendo hasta que se cae. Desde el punto de vista de la
conservación de la energía podemos decir que el trompo inicia su movimiento con
energía cinética rotacional y energía potencial. A medida que gira, el roce de
la punta con la superficie que lo sustenta y el roce de su cuerpo con el aire
que le rodea, hace que la energía inicial se vaya transformando en energía
térmica, hasta que finalmente, cae.
El movimiento de nutación
es el cabeceo de su eje de simetría a medida que da vuelta alrededor de la
vertical, debido a la oscilación de la magnitud y la dirección del momento
angular L entre dos valores, uno
máximo y otro mínimo. Se deja al lector riguroso con los modelos de la física, su
estudio con la bibliografía que se adjunta.
Cuando el trompo gira libremente en el aire sin ningún tipo de apoyo, se comporta como un dispositivo mecánico conocido como giróscopo (giroscopio); mientras se mantenga “volando” en el aire, su eje de rotación no cambia de dirección debido a que el momento angular se mantiene constante al no existir ningún torque externo aplicado. El peso, la única fuerza que actúa, no produce en esta condición, ningún torque ya que su brazo es igual a cero. Esta propiedad mecánica, es aprovechada por los malabaristas del trompo para obligarlo, con el cordel, a realizar diferentes tipos de piruetas en el aire.
Cuando el trompo gira libremente en el aire sin ningún tipo de apoyo, se comporta como un dispositivo mecánico conocido como giróscopo (giroscopio); mientras se mantenga “volando” en el aire, su eje de rotación no cambia de dirección debido a que el momento angular se mantiene constante al no existir ningún torque externo aplicado. El peso, la única fuerza que actúa, no produce en esta condición, ningún torque ya que su brazo es igual a cero. Esta propiedad mecánica, es aprovechada por los malabaristas del trompo para obligarlo, con el cordel, a realizar diferentes tipos de piruetas en el aire.
Los siguientes Videos muestran diferentes malabares ejecutados con trompos.
Bibliografía:
- Alonso M., y Finn E., 1971. Física. V I: Mecánica. Fondo Educativo Interamericano, S. A.
- Strelkóv S., Mecánica, 1978. Editorial MIR
miércoles, 12 de octubre de 2011
Ludión o Diablillo de Descartes
Ludión
o Diablillo de Descartes
Este invento de carácter lúdico
(entretenimiento en latín), históricamente fue adjudicado a René Descartes; sin
embargo, según Frazier R. (1990), le pertenecen los créditos al estudiante de
Galileo, Raffaelo Maggliotti. Con este artilugio, Penick J. (1993) desarrolló
estrategias de interés didáctico donde se incorporan otros procesos
físicos, en particular la electricidad.
martes, 11 de octubre de 2011
Globos de papel
Globos de papel
Tal como ocurre en los líquidos, en los gases también se producen procesos de flotación cuando, por ejemplo, corrientes verticales convectivas de aire caliente ascienden a las capas superiores de la troposfera; la llama de una vela se mantiene erguida por estar constituida de plasma a elevada temperatura y baja densidad; el globo de helio o aire caliente representan otros ejemplos de este caso. A continuación se describe este tipo de globo.
viernes, 7 de octubre de 2011
Juegos con fluidos
Juegos con fluidos
A continuación se
describen un acertijo y varios juguetes.
¿Qué pesa más, un
“kilo” de plomo o un “kilo” de algodón?
La respuesta más inmediata a este acertijo es que el plomo pesa más que
el algodón. Sin embargo, como estamos pesando el plomo en el
aire, es necesario considerar que éste le aplica una fuerza (empuje) hacia
arriba, y “pierde” aparentemente peso. Veamos en cuánto. La densidad del plomo
es de 11.340 Kg/m3, y por consiguiente un “Kilo”, es decir un
kilogramo-fuerza (Kp), con una masa
de 1 Kg ,
ocupa un volumen de
martes, 4 de octubre de 2011
El juguete en la enseñanza de la ciencia
ENTRETENIMIENTO
Y
ACTIVIDAD
LÚDICA
Los humanos, nos diferenciamos
de las demás especies del planeta por nuestra capacidad creativa de modificar y
adaptar el entorno a las necesidades inmediatas. Con las múltiples inteligencias que
nos caracteriza, como indica Howard Gardner, se han resuelto los problemas más
intrincados desde los tiempos remotos y se han elaborado todo tipos de
productos, desde los más sencillos hasta los más sofisticados e inverosímiles.
Entre estos, destacan los juguetes, presentes en todas las culturas del mundo
desde los tiempos primitivos, vitales para la socialización de los seres
humanos, y los cuales, hasta han generado esquemas de comportamiento
colectivos. Existen muchos juegos y juguetes tradicionales propios de cada
cultura, pero también existen aquellos que se han convertidos en universales y
que forman parte del acervo cultural mundial.
Suscribirse a:
Entradas (Atom)