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…

Anuncis

Llançant una pilota

Segur que tots recordeu d’haver escoltat al professor de Física mentre explicava una experiència de les que s’anomenen mentals perquè no les fèiem mai al laboratori: si vas dalt d’un tren amb una certa velocitat i llences cap enrere un objecte amb la mateixa velocitat, aquest cauria a terra amb una velocitat nul·la. Segurament molts de vosaltres vàreu posar una cara d’incredulitat pensant que això no era més que una, de les moltes, històries estranyes que explicava dia si dia també el professor a l’aula i que oblidaves tant punt tocava el timbre i sorties al pati.

Doncs resulta que el professor tenia raó i ara ho podem veure filmat en vídeo gràcies a una experiència que ha divulgat el programa de televisió Mythbusters , realment és bastant espectacular… tot i que ja sé que aquestes tonteries només emocionen als professors o als amants de la ciència en general. Gaudiu-ne!

Ara doncs és més creïble pensar que si vols saltar d’un tren en marxa has de fer-ho saltant cap endarrere i amb una velocitat com a mínim igual a la que porta el tren. Cal vigilar molt perquè si saltes amb una velocitat inferior aleshores en tocar a terra cauràs d’esquena i la patacada pot tenir pitjors conseqüències. Bé, de totes maneres jo fa molts anys, per no dir mai, que no veig a ningú saltar d’un tren en marxa excepte a les pel·lícules de cowboys i per tant podem estar bastant tranquils tant si tenim coneixements de cinemàtica com si no 😉

Un globus al revés

Experimentem amb globus plens d'heli

Experimentem amb globus plens d’heli

Per la festa major del poble o del barri sovint comprem als fills, fillols, nebots… globus plens d’heli que suren en l’aire i que fan les delícies dels més petits (fins que algun el deixa anar i tot seguit es posa a plorar).

Tot tornant cap a casa podem aprofitar per fer una experiència sorprenent que sembla desafiar les lleis de Newton: posem el globus dins del cotxe i el lliguem de manera que no toqui el sostre, ja ho tenim! Ara només cal que observem els moviments que realitza el globus segons les acceleracions del cotxe.

En arrencar (acceleració cap endavant) esperaríem que el globus anés cap enrere respecte el cotxe tal com prediu la primera llei de Newton (llei d’inèrcia) però observem just el contrari. Quan el cotxe frena (accelera cap enrere) el globus en comptes d’anar endavant, tal com passa a la resta d’objecte de dins del cotxe, va encara més enrere.

Continuem experimentant: en agafar una rotonda el cotxe té una acceleració centrípeta (cap a l’esquerra de la imatge) i el globus també es desplaça en aquest sentit.

Resumint el globus té tendència a desplaçar-se sempre en el mateix sentit de l’acceleració, podem dir que és un acceleròmetre qualitatiu que ens indica el sentit de l’acceleració.

L’explicació d’aquest fenomen la podem trobar en el fet que la massa del globus és inferior a la de l’aire que desplaça de manera que les forces que actuen sobre ell provoquen una acceleració major que aquest aire que l’envolta.

Un fet curiós que podeu veure explicat amb més detall a l’article Una nou contra Newton del número 3 de la revista Recursos de Física (http://www.rrfisica.cat).

Nota important de seguretat: cal vigilar molt en experimentar amb el globus dins del cotxe de no distreure al conductor ni interferir en les seves accions.