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.

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/

Bombolles surant

Impressionants, les bombolles són impressionants: per la seva fragilitat, per la lleugeresa, pels seus colors fruit de les interferències de la llum reflectida, per la seva forma esfèrica tan perfecte, per…

Però ara et sorprendràs quan vegis que les bombolles, les típiques de tota la vida, poden surar com si fossin un tap de suro en el mar. Mira el vídeo:

Com és possible? Doncs senzillament perquè un objecte suri cal submergir-lo en un líquid (en el nostre cas gas) que sigui més dens que el propi objecte. Així el gel (920 kg/m3) sura en l’aigua (1.000 kg/m3) igual que la fusta (valors entre 500 i 900 kg/m3 segons el tipus) però també una peça de ferro (7.870 kg/m3) sura tranquil·lament si el submergim en mercuri (13.600 kg/m3 i, alerta, altament tòxic).

Nosaltres disposem d’un esprai amb un gas que serveix per netejar els aparells o circuits elèctrics o electrònics i encara que és totalment incolor i transparent la seva densitat és superior a la de l’aire i també superior a les bombolles que realitzem (per això suren). Al fons del recipient hi dipositem una capa d’aquest gas i per sobre d’ell evidentment hi ha aire, la bombolla queda surant just en el límit de entre les dues capes (encara que no en podem veure la separació per les característiques dels dos gasos).

Nota: En l’envàs no consta la composició del gas però, segons en Josep Corominas a qui he d’agrair haver-me ensenyat per primera vegada aquesta experiència, segurament és un tetra flúor età. En el mercat hi ha esprais d’altres marques (Dust Off, Soplapolvo…) que es poden trobar a internet o en botigues d’electrònica.