La Física se recrea en estos 8 juguetes clásicos

En comparación con el encanto de los videojuegos, los juguetes clásicos de antaño pueden parecer aburridos para los niños de hoy. Pero, en realidad, no son tan mundanos como parecen: Muchos de estos juguetes encarnan conceptos físicos importantes, y jugando con ellos ayuda a los niños a desarrollar una comprensión intuitiva del mundo que los rodea, algo que no se puede extraer de los mundos virtuales de los modernos juegos. Acompáñame a darle un vistazo a algunos juegos clásicos y a los fundamentos físicos que los hacen funcionar La Peonza (Trompo, pirinola). La peonza, un juguete encontrado en muchas de las culturas del mundo y aun entre las antiguas ruinas arqueológicas, pone al descubierto algunos principios físicos profundos. La primera es la conservación del momento angular, la ley que dicta que, en ausencia de influencias externas, algo que gira debe seguir girando. Debido a que la masa se balancea sobre un punto muy pequeño, experimenta una cantidad mínima de fricción con la superficie por debajo de ella, y por lo tanto sigue girando por un largo tiempo, lo que demuestra la ley. Pero la fricción, aunque pequeña, disminuye con el tiempo la velocidad en la parte superior, la cual se vuelve inestable y comienza a tambalearse, lo que conduce a la demostración de otro principio, llamado "precesión." Cuando la parte superior se tambalea, su eje de rotación, es decir, la línea invisible que corre verticalmente a través de su centro, se inclina hacia los lados, formando un ángulo con la mesa. Este ángulo permite que la fuerza de gravedad ejerza un "torque" en la parte superior, poniendo un giro adicional en él, y produce un balanceo (o precesión) formando un arco, mientras sigue girando. En un esfuerzo por conservar su momento angular total, la parte superior precesa más rápido a medida que disminuye la rotación, lo que explica por qué la parte superior se sacuda hacia afuera a medida que la fricción va disminuyendo la rotación hasta que se detiene. Lámparas de Plasma Las lámparas de plasma (o globos) son hermosas representaciones visuales de una extraña variedad de la materia. Estos orbes de vidrio transparente se llenan con una mezcla de gases no reactivos, tales como helio, neón y kriptón que se mantienen a menos de una centésima de la presión del aire exterior. La esfera más pequeña en el centro de la lámpara es un electrodo de un conductor eléctrico que se utiliza para transferir energía eléctrica desde un circuito a un vacío circundante. Cuando la lámpara está conectada, una corriente eléctrica de alta frecuencia fluye hacia el electrodo, y de ahí, pasa a los átomos gaseosos que lo rodean. La corriente ioniza los átomos, dándoles una carga eléctrica y al mismo tiempo haciendo que emitan destellos de luz. Un gas ionizado se llama plasma. Debido a que los electrones tratan a fluir alejándose uno de otro tanto como sea posible (repelidos por la carga negativa de cada uno), se disparan hacia fuera desde el electrodo central en todas las direcciones hacia la esfera de cristal exterior. Sus rutas de escape son los filamentos de plasma visibles en las lámparas. La colocación de la mano cerca del cristal altera el campo eléctrico que existe entre el electrodo central y la esfera de cristal, fortalece efectivamente la fuerza que atrae a los electrones hacia el exterior. Esta es la razón por la que un filamento de plasma parece sentirse atraído por la mano al tocar la pelota. Afortunadamente, las lámparas de plasma comerciales son de baja potencia y no son suficientes como para lastimarte cuando la corriente eléctrica pasa a lo largo del filamento, a través del cristal y a tu mano. Slinky Como ha demostrado en la Universidad de Sydney, el profesor de física Rod Cross en la imagen de arriba, un clásico de los juguetes, el Slinky exhibe algo de física verdaderamente sorprendente. Cuando se sujeta un Slinky y a continuación se deja caer, el fondo sigue suspendido en el aire hasta que el resto de la bobina se ha colapsado hacia abajo. Parece flotar en el aire, desafiando las leyes de la física, hasta que finalmente cae al suelo con el resto de la bobina, pero en realidad este comportamiento tiene un sentido físico perfecto. "La explicación más simple es que el extremo inferior está sentado allí ocupándose de su propio negocio, con la gravedad que tira hacia abajo, y la tensión tirando hacia arriba, es decir, fuerzas iguales y opuestas", dijo Cross: "Ningún movimiento en el extremo inferior, hasta que el extremo inferior recibe la información de que la tensión ha cambiado. Y se necesita tiempo para que la información se propague a través del Slinky." En definitiva, es una onda de compresión, lo que lleva información sobre la desaparición de la fuerza hacia arriba y tiene que viajar por el Slinky al extremo inferior para que este "sepa" que el Slinky se ha caído, y que debería caer. Lo que realmente desafiaría a la Física sería si el extremo inferior de la Slinky cayera en el instante en que dejas caer la parte superior. Este tipo de "acción a distancia" nunca sucede en la naturaleza. El Pájaro Bebedor En un famoso episodio de Los Simpsons, Homer utiliza un pájaro bebedor para que presione la tecla Y (para "sí" ) en el teclado de la computadora, haciendo su trabajo mientras él va a ver una película. Una inteligente trama, pero no es realista: La presencia de un vaso de agua es crucial para la continuidad del movimiento de un pájaro bebedor. . El juguete es una simple "máquina térmica" que convierte la energía térmica procedente de agua, en trabajo mecánico. La punta de fieltro del pico del pájaro primero debe ser sumergida en el agua. En el interior, la bola de cristal de la cabeza del ave se llena de vapor que se evapora de un líquido por lo general un compuesto químico llamado diclorometano que llena la parte inferior del cuerpo. Cuando el pico del ave sale del agua, el agua empieza a evaporarse fuera de ella. La evaporación disminuye la temperatura de la cabeza del ave, causando que una parte del vapor de diclorometano se condense en el interior, con la consiguiente disminución de la presión en la cabeza y esto atrae líquido que fluye desde el cuerpo hasta el cuello. El líquido que fluye hacia arriba hace mas pesada la cabeza, la cual oscila hacia adelante y hacia atrás y finalmente, se vuelca volviendo a humedecer el pico del pájaro. A continuación, debido a que el extremo inferior del tubo de cuello está en una posición más alta que la superficie del líquido, obliga a que una burbuja de vapor se mueva hacia arriba en el tubo, desplazando el líquido a medida que avanza, y este líquido fluye de vuelta al bulbo inferior, y su cambio de peso restaura el pájaro a su posición vertical original, iniciándose así un nuevo ciclo. El ave continuará con los ciclos a través de estos pasos, siempre y cuando haya suficiente agua en el vaso para volver a mojar el pico del ave cada vez que "bebe". Observa el líquido verde Imanes Magnetismo: bastante raro, ¿eh? Pero, ¿cuál es la causa? Jearl Walker, profesor de física en la Universidad Estatal de Cleveland y coautor de los libros de texto "Fundamentos de la Física", ampliamente usados (Wiley, 8 ª edición 2007), explica que los campos magnéticos de forma natural se irradian hacia el exterior de las partículas eléctricamente cargadas que forman los átomos, en especial los electrones. Normalmente en la materia, los campos magnéticos de los electrones apuntan en diferentes direcciones, lo cual hace que se anulen entre sí. (Esta es la razón por la que los electrones en su cuerpo no causan que usted se pegue a su refrigerador al caminar cerca de él.) Sin embargo, cuando los campos magnéticos de los electrones en un objeto se alinean en la misma dirección, como ocurre en muchos metales ( y, obviamente, en los imanes), se genera un campo magnético neto. Esto ejerce una fuerza sobre otros objetos magnéticos, para atraer o repelerlos, dependiendo de la dirección de sus propios campos magnéticos. Por desgracia, tratar de entender el magnetismo en un nivel más profundo es esencialmente imposible. Aunque los físicos han llegado a una teoría llamada "mecánica cuántica", un cuerpo de ecuaciones que representa de forma muy precisa el comportamiento de las partículas (incluyendo el magnetismo), no hay manera de entender intuitivamente lo que la teoría significa realmente ... aún no, al menos. Los físicos se preguntan: ¿Por qué las partículas irradian campos magnéticos?, ¿Qué son los campos magnéticos, y por qué siempre se alinean entre dos puntos, dando los polos norte y sur? "Acabamos de observar que cuando usted hace un movimiento de partículas cargadas, se crea un campo magnético y dos polos. No se sabe muy bien por qué. Es sólo una característica del universo, y las explicaciones matemáticas son solo intentos de llegar a conocer como asigna las tareas la naturaleza y, así, obtener las respuestas", dijo Walker en" Pequeños Misterios de la Vida". Batería de Papa La construcción de una batería de papa (o limón o manzana) revela un poco sobre el funcionamiento interno de los circuitos eléctricos. Para hacer este sencillo experimento científico, inserta dos objetos metálicos diferentes: un clavo galvanizado (recubierto de zinc) y una moneda de cobre en la papa, y conecta un cable a cada objeto con pinzas de cocodrilo. Estos cables se pueden fijar bien a los dos terminales de un multímetro (que mide la tensión de un circuito) o a algo así como un reloj digital o un LED. (Se pueden usar dos o tres papas conectadas en serie para generar suficiente voltaje para alimentar estos dispositivos). La patata actúa como una batería, generando una corriente de electrones que fluyen a través del alambre. Esto sucede porque el ácido en la patata induce un cambio químico en el zinc que recubre el clavo. El ácido actúa como un "electrolito," ionizante de los átomos de zinc por extracción de dos electrones de cada uno de ellos y dejarlos cargados positivamente. Estos electrones son conducidos fuera de los iones de zinc a través del alambre y a través de cualquier dispositivo que se encuentre a lo largo del circuito y terminan en la moneda de cobre. Desde allí, se unen a los iones positivos de hidrógeno en el almidón de patata que han sido repelidos allí por los iones de zinc cercanos. El movimiento de estos electrones es suficiente para alimentar un reloj de juguete, un LED o una bombilla. El Radiómetro de Crookes (Molino de Luz) El Molino de la Luz es uno de los muchos juguetes que se inventaron mucho antes de que nadie supiera cómo funcionaban. Y en última instancia, que resultó ser la clave para una fuente de energía que podríamos explotar un día para impulsar naves que nos lleven a las estrellas. El primer molino de Luz fue construido por el químico William Crookes en 1873. Es una pequeña burbuja cerrada de vidrio a la que se le ha extraido la mayor parte del aire, con cuatro pequeños cuadrados, de metal unidas a un eje que gira en el interior. Un lado de cada paleta está pintado de negro, mientras que el otro es de plata. Tan pronto como la luz golpea el Molino de luz, las palas comienzan a girar. El lado negro de la paleta siempre absorbe la luz y el lado de la plata siempre la refleja. Crookes lo llamó el Radiómetro de Crookes, pero se hizo más conocido como el Molino de la Luz, porque se creía que la presión de los fotones de luz en el lado negro impulsaba el giro de las paletas Esta teoría se derrumbó cuando se vio que si se producía un vacío total en el interior, las paletas no giraban aunque se expusieran a la luz. En 1879, Osborne Reynolds aclaró la controversia con su descubrimiento del Arrastre Térmico, que, descrito de una manera muy simplificada, establece que en los mismos bordes de la placa, el gas en contacto se arrastra hacia el lado caliente. Dado que el negro absorbe fotones, es más caliente que el lado de plata, y el gas se arrastra hasta el borde negro, cuando es calentado fluye hacia el lado plata y en este trayecto el borde recibe una pequeña patada de presión, y el molino gira. Es por esto que el vidrio tiene que ser evacuado casi del todo, pero dejando pequeños rastros de gas. Todo el fenómeno es alimentado por unas pocas moléculas de gas en el borde de cada una de las pequeñas palas. Si tuviera que luchar contra la presión de aire normal, no podría girar. El Péndulo de Newton (o la Cuna de Newton) A pesar de su nombre, este juguete fue en realidad inventado por el holandés Christiaan Huygens a finales del siglo 17 y ha sido desde entonces una herramienta básica en cualquier curso de Física, amén de que es muy popular como ornamento en muchas oficinas y hogares de todo el mundo. A pesar de que hace uso de muchas de las leyes de la Física, básicamente es una prueba objetiva y sencilla de las 3 Leyes del Movimiento de Newton: 1) Un objeto permanecerá en reposo o en movimiento constante a menos que sobre él actúe una fuerza externa. A ésta también se le conoce como el principio de la inercia. 2) La fuerza que actúa sobre un cuerpo equivale al momento del cambio dividido entre el tiempo del cambio. Si la masa es constante, ésta se reducirá a fuerza igual a masa de aceleración del tiempo, representada por la conocida ecuación F = ma. 3) Para cada acción hay una reacción igual y opuesta El dispositivo más grande del mundo fue diseñado por Cazadores de Mitos y consistió en cinco boyas de hormigón rellenas de acero de una tonelada cada una, suspendidas de una viga de acero. Las boyas también tenían una placa de acero insertado en entre sus dos mitades para que actúe como un "punto de contacto" para la transferencia de la energía. Este dispositivo no funcionaba bien. Esperando que haya sido constructivo y ameno para Ustedes, ¡Muchas Gracias por tu Visita!