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)

Increïble… el Bozo-Bozo

La veritat és que el bozo-bozo és una joguina d’allò més senzilla: un pal de fusta amb unes osques i a la punta una hèlix completament simètrica que gira lliurement en un cargol a la punta del pal.

El joc consisteix en fregar rítmicament el pal amb una altre pal de fusta, per simetria sembla que no ha de passar res, inicialment l’hèlix només vibra… però podem aconseguir que l’hèlix realitza un moviment de rotació en un o sentit o en el contrari. Es a dir, som capaços de transformar un moviment lineal alternatiu en un moviment de rotació.


La pregunta és: com hem de fregar el pal per tal d’aconseguir-ho? I encara més: com hem de variar el fregament per tal que l’hèlix canvii el seu sentit de rotació?

El secret està en fregar els dos pals però tocant amb un dit un costat o l’altre del pal amb les osques. Observa les dues imatges:

Si ho fem molt subtilment podem sorprendre a tothom, petits i grans, amb un efecte que realment sembla màgic i que si el públic intenta reproduir ni tan sols aconseguirà que l’hèlix roti (i molt menys controlar el seu sentit de rotació).

L’explicació física és bastant complexa i està relacionada amb aconseguir fer rodar un hula-hop amb un simple moviment davant-darrera de la nostra cintura (difícil però no impossible)… això si, una vegada ha començat a rodar en un sentit. Pots llegir l’explicació més detallada a la web http://www.bozobozo.com/la-science-du-bozo/

Goma elàstica sorprenent

Des de ben petits hem après, primer fruit de l’experiència i posteriorment a l’escola o a l’institut, que en escalfar un objecte aquest es dilata (linealment, en superfície o en volum segon la seva forma). Tenim molts exemples i experiències quotidianes que ens corroboren aquest fet.

Però hi ha algunes excepcions i potser la més coneguda és la dilatació anòmala de l’aigua que entre 0 i 4 graus centígrads té un comportament diferent. L’aigua es contrau si l’escalfem en aquest interval de temperatures i en canvi es dilata (com és més habitual) si l’escalfem més enllà del quatre graus. Aquest fenomen costa d’observar i/o experimentar però és important per evitar que els llacs es congelin completament i així es pot preservar la vida aquàtica en medis molt freds.

Hi ha una altra excepció que és sorprenent: les gomes elàstiques i també els globus de goma. Podem provar-ho penjant un pes significatiu d’una goma i marcar amb cura la seva llargària. Si escalfem la goma amb un assecador de cabell observarem una disminució significativa de la llargada i en refredar-se de nou recupera la mida original. En el vídeo hem gravat un pla de detall per observar-ho correctament.

L’explicació és més o menys senzilla: la goma està formada per molècules molt llargues (polímers) que en situació normal estan molt enredades (valor d’entropia molt alt) i quan l’estirem aquestes cadenes es desenrotllen alineant-se millor (l’entropia disminueix). Si a un sistema li transferim calor la seva entropia (nivell de desordre) augmenta de manera que quan escalfem la goma provoquem un augment de l’entropia i per tant la goma elàstica s’escurça (tal com podem observar) perquè el polímers es tornen a enredar considerablement.

Pots realitzar una experiència relacionada: agafa una goma elàstica, l’estires ràpidament i tot seguit la poses en contacte amb el teu llavi superior (molt sensible als canvis de temperatura), notaràs un augment de la temperatura. Si ara deixes que recuperi la seva longitud inicial notaràs que la goma es refreda. En el primer cas has fet disminuir l’entropia i per tant la seva energia interna de manera que se n’allibera en forma de calor… en el segon cas té lloc l’efecte contrari.

Aigua en caiguda lliure

Tardes d’estiu, tardes de migdiada… però també tardes d’experimentació amb aigua. Aquest experiment cal fer-lo al jardí o a la terrassa perquè de ben segur que acabaràs una mica remullat i fent un gran mullader al terra.

Si agafem una ampolla, un vas o qualsevol recipient que tingui un forat a la part baixa i l’omplim d’aigua podem veure com surt un rajolí que descriu una paràbola perfecta talment com si llencéssim una bola horitzontalment: moviment uniforme horitzontal combinat amb un moviment vertical amb acceleració constant (a = g = -9,8 m/s2).

De fet la velocitat de sortida és deguda a la pressió hidrostàtica (P = d·g·h, on d és la densitat del líquid, g la gravetat i h l’alçada de líquid fins la superfície) i, per tant, podem dir que aquesta pressió és deguda al pes del líquid. Podem comprovar que, efectivament, quan més alt és el nivell de l’aigua més gran és la velocitat amb que surt l’aigua (podeu comprovar-ho amb l’experiència d’aquest blog Pressió parabòlica).

Observem en el vídeo que si l’ampolla està hermèticament tancada aleshores el líquid no surt perquè la diferència de pressions entre el forat i la superfície equilibra exactament la pressió hidrostàtica: hi ha un buit parcial degut a una baixada imperceptible de la superfície.

Què passa però si deixem caure (lliurement) el recipient? Doncs que el líquid deixa de sortir mentre està caient perquè tot plegat, l’aigua i l’ampolla, està en caiguda lliure, és a dir, en estat d’ingravidesa i per tant el seu pes aparent és zero o, aparentment, la gravetat també és nul·la. Sabem però que ni el pes ni la gravetat són nuls en aquestes condicions sinó que justament són les responsables de la caiguda del conjunt (justament amb una acceleració de -9,8 m/s2).

Ingravidez en la EEIAixò és el mateix que els passa als astronautes dins de l’Estació Espacial Internacional (ISS), sembla que estan en un lloc on no actua la gravetat però això és degut a que estan en caiguda constant cap a la Terra… sense arribar-hi mai degut a la seva trajectòria circular (o lleugerament el·líptica).

Apa, anem posar-nos el banyador i remullar-nos una mica…

La taula parada i en Newton

Segur que mai ens hem atrevit a comprovar la primera llei de Newton (la de la inèrcia) estirant fort i ràpid les tovalles quan la taula està tota parada amb tots els plats de ceràmica, les copes de vidre… i això que molt sovint ho hem sentit explicar al professor de Física o ho hem vist en películes de dibuixos animats.

Si realment tenim confiança en les lleis de la Física no hauríem de dubtar gens en fer-ho… en el vídeo no solament ho fan sinó que ho fan amb talla XXL.

Ja veus que no és tan complicat i que ja et pots animar a fer-ho en acabar el dinar familiar de Nadal… que tinguis molta sort… i, sobretot, confiança en la Física!