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 😉

Obrir una ampolla sense tirabuixó

Dia de Nadal, tot la família reunida, els nens encara estan nerviosos pel que els va cagar el tió, al menjador l’arbre de Nadal llueix com mai, els avis i els pares criden a taula i tot seguit porten la gran (immensa) plata de canelons gratinats mentre algú reclama que s’obri el vi (un vi excepcional per a una diada excepcional)… on és l’obridor? Ospa, fa uns mesos se’ns va trencar i no hem pensat a comprar-ne un de nou, a l’escala els veïns no hi són, tots tenen família fora… els nervis afloren, com ho farem per obrir l’ampolla? Tothom hi diu la seva: amb un ganivet, amb una xeringa, truquem al 012…

No patiu, si disposem d’una sabata… si si, només d’una sabata, estem salvats! Piquem contra una paret o una superfície dura el cul de l’ampolla protegir per la sabata i veurem com mica en mica el tap va sortint fins que finalment podem acabar de treure’l amb la mà… comencem a dinar: bon profit!

Està clar que aquí hi intervé la física però la sabata serveix només per amortir els xocs. L’ampolla colpeja la paret (de fet la sabata) aleshores el vi rebota contra el cul de l’ampolla (acció-reacció) i surt a gran velocitat en direcció al tap. La velocitat del líquid al coll de l’ampolla augmenta degut a l’estrenyiment i la massa de líquid (0,7 kg) xoca a gran velocitat contra el tap amb el següent resultat: el tap es desplaça una mica, tot i la gran fricció que té amb el vidre. Repetim el procés i en cada cicle el tap es desplaça una mica. L’efecte és el mateix de quan un camió xoca per darrera contra un cotxe… aquest últim sortirà empès cap endavant amb molta velocitat.

Bé, doncs ja ho tenim clar, no cal disposar d’obridors sofisticats: una sabata i una paret, així de senzill.

Nota: està clar que el bons enòlegs posaran el crit al cel perquè sacsejar el vi d’aquesta manera de ben segur que li fa perdre les seves qualitats… ho sento era una situació d’emergència!

Segona nota: Agraeixo als membres del Consell de Redacció de la revista Recursos de Física (i especialment a en Jaume Ametlla) el seu ajut per aclarir l’explicació del fenomen.

Quina llauna!

Enmig de la calor de l’estiu ens podem refrescar prenent una beguda… i alhora experimentar.

Com és que la llauna es manté en equilibri? I com és que aquest equilibri no depèn gaire de la quantitat de líquid que hi hagi dins la llauna? En un interval bastant ampli de líquid la llauna manté una posició estable.

Esquema de les forces que intervenen en la situació d’equilibri

Hem de recordar que un objecte està en equibri estàtic si la vertical que passa pel seu centre de massa cau dins de la seva base. Observem la llauna: la base quan està inclinada és molt petita (però no nul·la) i el líquid en aquesta situació s’omple seguint una figura geomètrica al principi més o menys triangular en dues dimensions (més complicada si la imaginem en tres dimensions), per tant el centre de massa del líquid està en qualsevol cas dins la vertical de la seva base. Realment hauríem de trobar la composició de forces conjuntament amb el pes de la llauna però aquest és bastant petit comparat amb el del líquid, aleshores la vertical del centre de massa del conjunt continua dins la base. Podeu observar les imatges.

Això deixa de ser així en el moment en què la quantitat de líquid supera un cert nivell, aleshores el centre de massa es desplaça clarament cap a l’esquerra (fora de la base) i per tant l’equilibri deixa de ser estable. Si ho experimentem podrem observar que una llauna de 330 ml manté l’equilibri si dintre hi ha entre 50 ml i 200 ml de líquid, sorprenent!

Ah, i si la llauna està buida també cau cap a l’esquerra: observeu que el pes de la llauna està a l’esquerra de la vertical de la base.

Si teniu set… ho podeu provar.

Un motor de tot cor

De nou un motor senzill: només necessitem una pila AA, uns imants de neodimi i un fil de coure.

Esquema del camp magnètic (B), el corrent elèctric (I) i la força (F) que fa rotar el cor

Donem al fil de coure la forma de cor i l’acabem per la part inferior de manera que abraci lleugerament els imants de neodimi però sense que faci gaire força (per minimitzar la fricció). Amb un clau i un martell, cal fer una petita depressió al pol positiu de la pila per tal que, en rodar, el cor no surti del punt de rotació.

Només cal situar el cor de fil de coure al seu lloc procurant que per la part inferior faci contacte amb els imants i…

En la imatge lateral podem observar el camp magnètic (B, color blau), el corrent elèctric (I, color vermell) i la força magnètica (F, color vermell, segons la llei de Lorenz) que produeix la rotació del fil de coure. Cal tenir present que la força a cada costat es produirà en sentit contrari per tant hi haurà un parell de forces que seran les responsables de la rotació.

Nota: l’esquema és una simplificació de la realitat, en cada punt del fil de coure el camp magnètic tindrà direccions i magnituds diferents però l’efecte general continuarà essent el de la figura. També està clar que la direcció de rotació dependrà del sentit (amunt o avall) del camp magnètic originat pels imants.

Un ou cru molt dur

Apretant l’ou entre l’índex i el polze…

Una proposta per a jugar amb ous. Tots sabem que un ou cru és molt fràgil, molt sovint ho experimentem per a fer-nos un ou ferrat o una truita i alguna vegada també quan se’ns cau a terra i, tot seguit, hem d’agafar la fregona.

Tot i això la closca de l’ou és extraordinàriament forta a esforços de compressió sempre que la força l’apliquem repartida en la superfície i en la direcció del seu eix longitudinal.

… i entre els dos palmells de les mans

Una prova d’això és intentar aixafar un ou apretant-lo amb tota la nostra força entre els dits polze i índex… comprovarem que no el podem trencar. Encara és més sorprenent si l’intentem esclafar, tal com es veu en la segona imatge, apretant tant com puguem amb els palmells de la mà. En aquest cas cal tenir molta cura que l’ou no faci una rotació perquè en aquest cas si que el resultat seria desastròs.

Però, fins a quanta força pot aguantar la closca d’un ou cru? Pot aguantar el pes d’una persona d’uns 70 kg (és a dir uns 700 N)? Doncs utilitzant dues flameres metàl·liques omplertes de plastilina i situant l’ou cru entremig podem comprovar fàcilment que la closca de l’ou té una resistència superior al pes d’una persona. Una experiència interessant que, de ben segur, farà posar nerviosos als anfitrions de la casa on estem celebrant un àpat familiar en un dia assenyalat.

Ah, i no feu trampa: no s’hi val a fer l’experiment amb un ou dur… perd totat l’emoció!