Cop de martell

Recordes de petit que quan anàvem amb cotxe i venia una pujada, fèiem força al seient del davant per ajudar al cotxe a superar el pendent? Ha havies fet mai?

Doncs està clar que no calia, i ara ho podem comprovar, mira…

De fet segons la tercera llei de Newton sempre que un objecte A fa una força sobre un segon objecte (B) aquest també fa una força igual i de sentit contrari aplicada sobre l’objecte A.

En el nostre cas si el martell és intern al cotxe (primer cas) el martell apreta el cotxe cap endavant però aquest també apreta el martell cap enrere i per tant tot queda igual, és a dir les forces internes en un sistema no serveixen per a crear un desplaçament d’aquest. Podem afirmar que sobre el sistema cotxe+martell hi actuen dues forces i entre les dues anul·len l’efecte sobre el sistema.

Si observem el segon cas veiem que el martell està fixat en el terra (no en el cotxe) i per tant la resposta del cotxe actua sobre el martell. Si ens fixem només en el cotxe ara aquest només rep una força (la del martell) que l’empeny cap endavant. La força de resposta del cotxe fa que el martell i el seu suport realitzi un lleuger retrocés (que seria mínim si el conjunt estigués ben ancorat al terra).

Així doncs si aneu en un cotxe molt carregat o de poca potència no se us acudeixi fer força des de dins per… els científics ho tenim clar 😉

Més o menys?

Tercera setmana de març del 2020, confinat a casa per responsabilitat i per recomanació del nostre govern i de les autoritats sanitàries. Aprofito per tornar a donar un nou impuls al bloc, som-hi!

Tots tenim la idea (preconcepte) que quan cremem un material, les restes (cendres) que queden al final han de pesar menys que el combustible inicial perquè hem vist que s’escapaven gasos fruit de la combustió… però què passa si ho comprovem?

Doncs dona una ullada al següent vídeo on “cremem” ferro: la llana de ferro que consisteix en fils molt prims de ferro té molta superfície i, per tant, amb la presència d’una flama s’oxida molt fàcilment i ràpida… veiem com crema:

Així doncs observem que els 4 grams de llana de ferro després de cremar passen a pesar 5 grams, si pensem químicament no ens ha d’estranyar perquè en el procés d’oxidació reacciona el ferro amb l’oxigen donant òxid de ferro. En no oxidar-se tot el ferro no podem saber si s’ha format FeO, Fe2O3 o una mescla dels dos òxids. De totes maneres si escrivim les reaccions podem veure qualitativament el balanç de massa:

  • 2Fe + O2 —> 2FeO
  • 4Fe + 3O2 —> 2Fe2O3

Està clar que en els productes finals (2 molècules d’òxid de ferro) no solament tenim els àtoms de ferro inicials sinó que s’ha combinat amb àtoms d’oxigen de l’aire i per tant és completament lògic que el producte final (la cendra) pesi més que el ferro que teníem abans d’iniciar la reacció.

És sorprenent… però la química ens dona l’explicació 😉

NOTA: Si podem realitzar aquest experiment amb una balança de laboratori que tingui mes precisió (dècimes o centèsimes de gram) aleshores l’efecte serà més clar.

SEGONA NOTA: Aquest experiment el vaig veure proposat per en Josep Corominas, un bon amic i un dels millors divulgadors de química. Pots trobar la seva proposta a http://corominasquimica.com/2016/03/12/aixo-va-de-quimica/

Helicòpter estroboscòpic

Pot un helicòpter volar sense moure les aspes? D’entrada sembla que la resposta lògica és que NO perquè en cas contrari ens hauríem de fer la pregunta: perquè doncs els helicòpters tenen les aspes? Però… mira el següent vídeo on un helicòpter vola i maniobra a l’aire amb les aspes gairebé immòbils…

Aquest és el mateix efecte que hem observat moltes vegades al cinema quan les rodes de les caravanes dels westerns giraven cap endarrere mentre la caravana avançava cap endavant.

Aquest efecte òptic és degut a que les pel·lícules no són filmacions contínues sinó que són seqüències de fotografies, exactament 24 fotografies per segon. Degut a la persistència retiniana (el temps en que una imatge es manté fixa a la retina) el nostre ull, o més ben dit el cervell no observa la discontinuïtat de fotografies: quan es projecta una nova imatge a la retina encara hi ha impressionada l’anterior.

En el cas de l’helicòpter (el seu rotor té 5 aspes) que observem en el vídeo resulta que en el temps que transcorre entre dos fotogrames consecutius les aspes giren exactament 72 graus (la cinquena part d’una volta) de manera que sembla que les aspes estiguin immòbils.

Si fem algun càlcul…

  • Entre fotogrames t = 1/24 s = 0,0417 s i en aquest temps ha girat 72º.
  • Per donar una volta (360º = 5 · 72º) tarda T = 5 · 0,0417 s = 0,2083 s (és el període de rotació del rotor).
  • I per tant la freqüència del rotor ha de ser perquè les aspes es vegin immòbils:
  • f = 1 / T = 1 / 0,2083 s = 4,8 Hz, és a dir el rotor ha de donar exactament 4,8 voltes cada segon.

Pots donar una ullada a un vídeo que ho explica amb detall a: https://www.youtube.com/watch?v=mPHsRcI5LLQ

 

 

Nois pendulant

Tots els estudiants de Física saben (o haurien de saber) que el període d’un pèndol simple només depèn de la longitud de la corda (i del valor de la gravetat) i que la massa no influeix per res en en el temps que tarda en fer una oscil·lació.

La fórmula següent és la que ens permet calcular el període, podem observar que només depèn de la variable l (longitud del pèndol):

Sabem que això és cert només per oscil·lacions de poca amplitud de manera que l’angle que fa la corda amb la vertical sempre sigui petit; en aquesta situació el sinus d’aquest angle té un valor molt aproximat al propi angle (expressat en radians). Matemàticament ho expressem així:
Per exemple, per un angle de 20 graus l’error de considerar aquesta aproximació és només d’un 2%, una desviació molt insignificant de la realitat.

En el vídeo podem comprovar com les oscil·lacions es mantenen constants encara que la massa del pèndol va augmentant a cada oscil·lació: un noi, dos, tres, quatre… i fins a onze (!) sempre mantenint constant el període.

Us animeu a provar-ho amb els alumnes? Segur que recordaran tota la seva vida aquesta experiència i, evidentment, la primera fórmula de dalt… d’això se’n diu ensenyament i aprenentatge competencial 😉

Nota: el vídeo està extret d’una piulada de del perfil Ciencia infusa de Twitter, els agraeixo la difusió d’aquest esplèndid material (https://twitter.com/ciencia__infusa/status/1135488291426504704?s=12)

Magnetitzant amb la Terra

Segurament coneixerem la manera més senzilla de magnetitzar una agulla o un tros de ferro: només cal agafar un imant i fregar-lo per l’agulla però només en un sentit (com si féssim cercles tocant l’agulla per la part baixa).

Hi ha però una manera espectacular i sorprenent de magnetitzar una barra metàl·lica: utilitzar en comptes d’un imant el camp magnètic terrestre!

Només hem de disposar d’una brúixola i una barra de material ferromagnètic… evidentment el camp magnètic de la Terra sempre el tenim disponible.

Inicialment hem de comprovar que la barra no està imantada, l’acostem a la brúixola i verifiquem que li produeix només una petita atracció (tant per un extrem com per l’altre) degut a que tots els materials ferromagnètics són atrets pels imants (en aquest cas el de la brúixola).

Seguidament agafem la barra i la deixem caure al terra des d’una alçada d’un metre (aproximadament) però tenint en compte d’alinear-la amb el camp magnètic de la Terra (utilitzem la brúixola per comprovar-lo). Podem repetir aquesta acció tres o quatre vegades.

Acostem ara la barra per un extrem a la brúixola i observarem que s’ha convertit en un imant perquè per un costat repel clarament el pol nord de la brúixola i per l’altre extrem l’atrau, hem magnetitzat la nostra barra!

Si ara la volem desmagnetitzar hem de repetir l’experiència però deixant caure la barra perpendicularment al camp magnètic de la Terra, en aquest cas costa més d’obtenir el resultat desitjat i ho haurem de repetir vàries vegades.

Vaig tenir el plaer d’observar (astorat evidentment) per primera vegada aquesta experiència realitzada i explicada per en Lorenzo Ramírez que la té documentada al seu bloc Experimentació lliure que us recomano de llegir i fer-vos-hi subscriptors. Darrerament l’Anicet Cosialls també l’ha anat presentant a diferents fires de ciència amb un èxit indiscutible.

Explicació d’aquest fenomen:

Els dominis dels materials ferromagnètics és reordenen sempre en presència d’un camp magnètic exterior (magnetització induïda) , però la majoria d’ells tornen a la situació inicial al cessar el camp.
En aquest cas, en deixar caure la barra i xocar amb el terra, aquesta energia extra subministrada i absorbida per la barra fa vibrar el material i permet el canvi de direcció estable dels dominis (desordenats inicialment en la barra desimantada) i es reorganitzen tots ells seguint (podem dir per simpatia) la direcció del camp magnètic terrestre, de forma similar al que passa quan es solidifica un magma magnètic.
Gràcies Lorenzo per la teva aportació en l’explicació, gens senzilla, del fenomen.