¡Desafío a 200 km/h con un Lamborghini! La ciencia detrás de un mantel de 12 metros (Nature Teacher de TBS) [Supervisión científica y aparición]

Soy Ken Kuwako, Science Trainer. Cada día es un experimento.

El programa «El gran experimento de toda la Tierra: Nature Teacher», en el que participé como asesor científico y también como parte del elenco, se emitió en TBS el 18 de enero.

Se trata de un divertido programa de experimentos a gran escala en el que los dos integrantes de Chocolate Planet y los miembros de timelesz se enfrentan a diferentes retos poniendo todo su cuerpo en juego. La idea del programa es reunir a profesionales de distintos campos para enfrentarse a desafíos científicos que parecen imposibles. En esta ocasión, el reto consistía en realizar un experimento que nadie había conseguido antes: retirar un mantel de una mesa de nada menos que 12 metros de longitud.

Yo participé como experto en física, concretamente como especialista en fricción.

Incluso me presentaron como un «loco de la física» (en otro programa ya me habían llamado en su día «científico loco»…).

Aunque se metieron un poco conmigo, decidí no darle importancia. Como me habían encargado la parte científica, participé desde las primeras reuniones de planificación, haciendo cálculos y experimentos preliminares sobre aspectos como la longitud de la cuerda y la forma de tirar del mantel. Hasta que se emitió el programa, yo solo conocía fragmentos de lo que se estaba preparando y no sabía cómo quedaría el conjunto. Pero cuando finalmente vi el programa terminado, me pareció realmente divertido y muy bien hecho. ¡La gente de la televisión es increíble!

Retirar un mantel de debajo de los objetos no es simplemente un truco de magia o un espectáculo: es física en estado puro. Es un tema accesible tanto para niños como para adultos y, al mismo tiempo, una excelente puerta de entrada para despertar el interés por la física de verdad. Yo trabajo con la idea de compartir con la sociedad un mundo de ciencia divertido y lleno de sorpresas, y de despertar la curiosidad por disfrutar de la ciencia. Por eso, cuando me propusieron este reto, pensé: ¡quiero intentarlo!

Yo mismo ya había realizado una investigación física sobre el truco de retirar el mantel. Sin embargo, nunca había intentado hacerlo con un mantel de 12 metros y, además, se trataba de un montaje enorme. Por eso, cuando escuché la propuesta, me emocioné muchísimo. Siempre me han encantado los grandes experimentos científicos y me entusiasmó intentar superar los 10 metros que había visto en un antiguo programa de grandes experimentos y llegar hasta los 12 metros.

En el programa también tuve la oportunidad de dar una pequeña clase a Osada y Matsuo, los dos integrantes de Chocolate Planet.

Ya había coincidido anteriormente con ellos en otro programa y más o menos sabía que tenían bastante interés por la ciencia. Aun así, esta vez intenté explicarles los conceptos utilizando diversos materiales y experimentos. Algunas partes no llegaron a emitirse, pero hicimos el juego japonés de «daruma otoshi», experimentamos con un aerodeslizador e incluso tuvimos una clase de física bastante normal. ¡Hice todo lo posible para que lo entendieran!

Entre todos esos conceptos, les expliqué brevemente la «inercia», que es una de las claves del experimento. La inercia es la propiedad por la que «un objeto que está en reposo tiende a seguir en reposo, y un objeto que está en movimiento tiende a seguir moviéndose». ¿Alguna vez la has sentido en situaciones cotidianas como estas?

Cuando un autobús arranca bruscamente: tu cuerpo intenta «seguir quieto en el mismo lugar», mientras que tus pies avanzan con el autobús gracias a la fricción. Por eso, sientes que tu cuerpo se inclina hacia atrás.

Cuando un autobús frena de repente: tu cuerpo intenta «seguir moviéndose», pero tus pies se detienen junto con el autobús, así que parece que vas a caer hacia delante.

El juguete japonés «daruma otoshi» también es un experimento que aprovecha esta inercia. Si golpeamos y retiramos rápidamente el bloque de abajo, el muñeco de arriba intenta «permanecer donde está» y cae verticalmente hacia abajo.

El truco de retirar el mantel funciona exactamente con el mismo principio. Queremos que los platos permanezcan en su sitio. Pero en la realidad aparece un enemigo: la fuerza de fricción. Existe fricción entre los platos y el mantel, así que cuando tiramos del mantel, los platos también tienden a ser arrastrados.

Lo interesante y sorprendente de la fricción es que, cuando un objeto está en reposo, la fuerza de fricción puede aumentar progresivamente hasta alcanzar un valor máximo, que viene determinado por el coeficiente de fricción estática y la fuerza normal. Aunque pueda parecer que el tamaño de la superficie también influye, el área de contacto no aparece directamente en esta relación.

Y hay algo todavía más curioso: la fuerza de fricción cinética, que es precisamente la que nos interesa en este experimento, tiene la característica de cambiar muy poco independientemente de la velocidad a la que se deslice el mantel. ¿Por qué ocurre esto? Aunque se trata de una regla que conocemos por experiencia, su explicación a escala microscópica todavía no está completamente esclarecida. ¡En realidad, la fricción es una fuerza de lo más misteriosa!

En el programa expliqué la fricción mediante la idea de las pequeñas irregularidades de las superficies, pero en realidad también intervienen otros factores, como:

・La fuerza necesaria para romper enlaces a nivel atómico (teoría de la adhesión)

・La fuerza necesaria para deformar y abrirse paso en el material de la otra superficie

Se considera que la teoría de la adhesión es uno de los factores más importantes. Aquí puedes encontrar una explicación más detallada. En uno de los experimentos del programa, simplemente combinando dos cepillos de dientes conseguimos aprovechar la fricción para levantar un peso de nada menos que 3 kg.

También hicimos un experimento con coches de juguete para demostrar cómo aumentar la fuerza de fricción. Colocamos dos coches con la misma potencia y nos planteamos el reto de conseguir que uno de ellos ganara introduciendo algún tipo de modificación. ¿Qué podíamos hacer? Puedes encontrar los detalles aquí.

接着剤なしでバナナを支えた!歯ブラシ2本が生む「摩擦力」の魔法

Podemos caminar gracias a la fricción y los coches pueden frenar gracias a ella. En el mundo de la ciencia y la tecnología, hemos aprendido a controlar esta fuerza de formas cada vez más sofisticadas.

Curling: se pule la superficie del hielo para reducir la fricción al mínimo.

Aerodeslizador: se utiliza aire para elevar el vehículo y reducir la fuerza normal, disminuyendo así la fricción.

Tren de levitación magnética superconductora: el vehículo levita mediante fuerzas magnéticas, reduciendo la fricción prácticamente a cero y permitiendo alcanzar velocidades de 500 km/h.

El reto de esta ocasión dependía de una cuestión fundamental: cómo reducir la fricción y aprovechar al máximo la inercia.

Cuatro claves para conseguir retirar el mantel

Por eso, la estrategia que propuse a Chocolate Planet para conseguir retirar el mantel de 12 metros se basaba en los siguientes cuatro puntos.

Una velocidad extraordinaria Debíamos reducir al mínimo el tiempo durante el cual actuaba la fricción cinética. Si retirábamos el mantel en un instante, los platos apenas tendrían tiempo de moverse.

No crear arrugas Si el mantel forma arrugas, estas pueden actuar como una «pared» que empuja los platos. La clave está en el punto donde sujetamos el mantel y en la forma de tirar de él.

Platos con suficiente masa (peso) En comparación con un vaso ligero de plástico, un plato de vidrio pesado tiene una mayor tendencia a permanecer en reposo debido a la inercia, por lo que es más fácil conseguir que el experimento funcione.

Un material muy deslizante Era imprescindible elegir un tejido suave y resbaladizo, con un coeficiente de fricción cinética muy bajo.

Puedes consultar también este artículo para conocer más detalles.

失敗しないテーブルクロス引きの研究:物理学的コツと理論と実際のズレ

El fundamento de los «200 km/h» calculados

Entonces, ¿a qué velocidad había que tirar realmente del mantel? Analizamos en vídeo varios casos en los que el truco funcionaba con una mesa convencional y descubrimos que la probabilidad de éxito era especialmente alta cuando el mantel se retiraba en aproximadamente «0,20 segundos». Si aplicamos este dato a un mantel de 12 metros, la velocidad necesaria sería de 60 m/s. Es decir, ¡216 km/h!

«Hay que tirar a 200 km/h».

Ese se convirtió en nuestro increíble objetivo. Para conseguirlo, nos proporcionaron un superdeportivo Lamborghini, elegido por su excelente capacidad de aceleración.

Preparación y experimentos preliminares

1.Cálculo de la longitud de la cuerda

Partiendo de la capacidad de aceleración de un coche convencional (suponiendo una aceleración máxima de aproximadamente 10 m/s²), calculamos hacia atrás que se necesitarían unos 151 metros de distancia de aceleración para alcanzar los 200 km/h. Para tener un margen de seguridad, pedimos que prepararan una cuerda de 200 metros.

2.El tejido definitivo: «Toyoflon»

Como solución frente a la fricción, nos prepararon un tejido especial llamado «Toyoflon», desarrollado por Toray Industries, Inc. Es un tejido casi de ensueño, con un coeficiente de fricción extremadamente bajo, aunque nos preocupaba que tuviera cierto peso. ¿Cómo afectaría ese peso a la velocidad de extracción? ¿Tendería a formar arrugas? Había cuestiones que solo podíamos averiguar probándolo en la práctica. El desarrollador, el señor Shibata, también nos acompañó ese día.

3.Experimento preliminar (2 m)

Primero hicimos una prueba con 2 metros de Toyoflon. Según nuestros cálculos, la distancia que se desplazarían los platos debía ser teóricamente de tan solo 0,21 cm. Cuando lo probamos tirando con el Lamborghini… ¡la distancia real que se desplazaron los platos fue de apenas 3 cm! No se formaron arrugas y obtuvimos un resultado fantástico. ¡Todo un éxito!

«¡Esto va a funcionar!»

Además de Kuwako y el señor Shibata, se unieron a nosotros el famoso mago JOE・MAGIC (Jomaji), especialista en retirar manteles, y el señor Tanabe, de Takahashi Racing. ¡Todos los profesionales nos unimos con toda nuestra energía para afrontar el reto!

El gran momento… y entonces…

Llegó el momento de enfrentarnos a los 12 metros. El Lamborghini rugió, aceleró y el mantel salió disparado a 200 km/h. El resultado fue…

¡¿Eh?! ¡¿Eh?! ¡¿¡¿QUÉ?!?!

¡¡¡Un fracaso total!!! En lugar de quedarse tranquilamente sobre la mesa, ¡los platos salieron disparados por los aires! En ese momento, yo mismo acabé desplomándome y agachándome del impacto de la sorpresa.

Eso sí, en cuanto al nivel de emoción que provocó en el estudio, obtuvimos una impresionante puntuación de 93 puntos. Me haría muy feliz saber que los niños de primaria de todo Japón también disfrutaron y se emocionaron con el experimento.

¿Por qué fracasamos? Los datos obtenidos del experimento

Al reproducir el vídeo a cámara lenta y analizarlo detenidamente, pudimos descubrir la causa del fracaso.

La aparición de enormes arrugas

A ambos lados del mantel aparecieron grandes «arrugas». Estas avanzaron como ondas y terminaron levantando los platos desde abajo, haciendo que salieran volando. Al observar detenidamente el vídeo, parece que una de las causas de estas arrugas fue la entrada de aire desde abajo. Llegamos a la conclusión de que probablemente el problema estaba en las uniones de la mesa y del tablero. Necesitábamos haber unido las diferentes partes del tablero de una forma mucho más limpia y uniforme.

También creemos que habría sido necesario prestar más atención a la colocación de la barra situada en la parte delantera al retirar el mantel. Como la barra estaba colocada demasiado alta, pudimos comprobar en el vídeo que el aire entraba por debajo.

Otro punto que deberíamos haber mejorado fue el peso de los platos que habían preparado. Si hubiéramos utilizado platos algo más pesados para aumentar la inercia y hacerlos más resistentes a las arrugas, probablemente habríamos incrementado aún más la probabilidad de éxito. Por ejemplo, podríamos haber colocado una manzana sobre cada plato o haber prescindido de los cuchillos y tenedores.

【¡Una oportunidad más!】

Es un reto extremadamente difícil, pero podríamos utilizar un tablero de 12 metros hecho de una sola pieza, sin juntas. Otra posibilidad sería colocar otro mantel debajo del principal y fijarlo para evitar que el aire entrara. Los experimentos están llenos de fracasos… ¡y yo quiero volver a intentarlo!

Al principio daba por hecho que tendríamos otra oportunidad, pero por diversas circunstancias solo pudimos hacerlo una vez y ahí terminó el reto. Me quedé con una sensación de frustración enorme. Aun así, si pensamos que conseguimos obtener nuevos datos, creo que fue un experimento muy valioso.

Cada día es un experimento.

Debido a las limitaciones de tiempo del rodaje, solo tuvimos una oportunidad. Me duele mucho no haber podido repetir el experimento, pero esa también es la realidad de la ciencia.

En ciencia no existen los «fracasos». Solo existen «datos que nos indican que algo no funcionó como esperábamos». Nos enfrentamos a un territorio desconocido de 12 metros utilizando cálculos y teoría, pero un fenómeno físico inesperado, las «arrugas», se interpuso en nuestro camino. Esta experiencia será, sin duda, un paso importante hacia el próximo éxito.

Lo mismo ocurre en nuestra vida cotidiana. Aunque las cosas no salgan como esperábamos, eso también son datos valiosos. Si alguna vez vuelvo a tener una oportunidad como esta, utilizaré todos los datos obtenidos en esta ocasión y, la próxima vez, ¡conseguiré que funcione!

Otros contenidos

También se publicó un vídeo oficial de promoción del programa.

Yo también aparezco brevemente en el vídeo de promoción.

¡También te recomiendo el experimento de la «certificación eléctrica» que hice junto a Suzu Hirose! No te pierdas tampoco este artículo.

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