¿¡El aula se convierte en una pista de curling!? Vive la física de ‘cero fricción’ con hielo seco (Ley de la inercia)
Soy Ken Kuwako, entrenador de ciencias. ¡Cada día es un experimento!
Si la “fricción” desapareciera del mundo, ¿cómo se moverían los objetos? La famosa “Ley de la Inercia” que aparece en los libros de texto nos dice que, si un objeto no recibe ninguna fuerza, continuará moviéndose en línea recta a la misma velocidad para siempre. Sin embargo, sentir esto en la vida real es sorprendentemente difícil. ¿Por qué? Porque en la Tierra siempre tenemos a ese molesto intruso llamado “fuerza de rozamiento” (o fricción).
Normalmente, en las clases de la escuela se utilizan rieles de aire o rampas especiales, pero los estudiantes suelen sentir que eso es solo “un evento especial que ocurre dentro del laboratorio”. Además, la realidad es que comprar equipos costosos para todos los grupos es difícil para el presupuesto escolar. Por eso, lo que quiero recomendarles es un experimento usando “hielo seco”. Sí, ese mismo hielo seco que te dan en el supermercado o en la pastelería se convertirá en un objeto mágico que cambiará tu sentido común sobre la física.
Por qué el hielo seco se convierte en un “aerodeslizador”
El hielo seco no es más que dióxido de carbono enfriado y solidificado. Cuando lo sacas a una habitación a temperatura ambiente, ocurre un fenómeno llamado “sublimación”, donde pasa directamente de sólido a gas sin convertirse en líquido. En ese momento, ¿qué está ocurriendo entre el hielo seco y la mesa? El gas de dióxido de carbono que sale con fuerza desde la base del hielo seco crea una fina capa de gas entre este y la mesa.
Es decir, el hielo seco flota ligeramente en el aire gracias al propio gas que expulsa. Este es exactamente el mismo principio que el de un “hovercraft” o aerodeslizador, que avanza flotando sobre la fuerza del aire.
Al estar flotando, la fuerza de fricción con la mesa se reduce al mínimo absoluto. Con solo empujarlo suavemente con un dedo, se desliza suavemente como si estuviera en gravedad cero. ¡Es una vista emocionante! Hoy vamos a utilizar este fenómeno para aprender sobre el “Movimiento Rectilíneo Uniforme” (MRU) mientras jugamos.
La Receta Científica
Qué necesitas: Aproximadamente 1 kg de hielo seco, un iPad por grupo.
※ Es buena idea investigar si hay alguna fábrica de hielo cerca. Yo suelo comprar en Asahi Hyogyo.http://www.icenet.or.jp/asahi/
En las tiendas de hielo tradicionales puedes comprar hielo seco desde 1 kg. Cuesta unos 500 yenes (aprox. 3-4 USD). Aunque hoy en día es muy cómodo y parece que también se puede comprar en Amazon.
【Nota para profesores】 Aunque guardes 1 kg de hielo seco en el congelador, la sublimación continúa y desaparecerá en unos 2 días. El truco al comprarlo es pedir que te lo entreguen preferiblemente el mismo día en que tengas varias clases seguidas.
Método del experimento: Experimentemos un mundo con fricción cero
① Rompe el hielo seco en cubos de unos 5 cm y repártelo a cada grupo (rómpelo golpeando con un martillo, etc.). La forma no tiene que ser perfecta, cualquiera sirve.
② Intenta deslizarlo sobre una mesa horizontal. 【El Truco Secreto】 Si tienes a mano alcohol etílico, rocíalo en la base del hielo seco para humedecerlo antes de deslizarlo; se moverá con mucha más suavidad. Esto sucede porque el alcohol no se congela fácilmente, creando una película líquida que facilita el deslizamiento.
Fiuuuu
Fiuuuu-uuu
Para ver el movimiento real, por favor mira el video. Se desliza tan bien que da gusto verlo.
③ Aprovechemos también la tecnología moderna. Usa un iPad y alguna aplicación de fotografía estroboscópica o stop motion para grabar.
Las siguientes fotos fueron tomadas por los alumnos. Dado que el objeto aparece a intervalos iguales, queda claro a simple vista que “la velocidad no cambia (movimiento uniforme)” y que “avanza recto (línea recta)”.
Ya que estamos, ¡hagamos Curling con hielo seco!
Después de aprender, encontremos la ciencia dentro del juego. Ya que hemos preparado el hielo seco, sería un desperdicio terminar solo con el experimento. ¡Convirtamos el aula en una pista de curling!
Materiales necesarios:
Hielo seco, cinta de vinilo (cinta aislante), martillo, guantes de trabajo.
Pasos:
① Pega la cinta de vinilo en la mesa para hacer un blanco. Esto servirá como la “casa” (el círculo objetivo).
Hagamos también un punto de salida.
② Usa el martillo para romper el hielo seco en trozos de tamaño manejable.
【Advertencia de seguridad】 Asegúrate de usar guantes de trabajo obligatoriamente. El hielo seco está a -79 grados, extremadamente frío, y tocarlo con las manos desnudas puede causar congelación. Si lo haces con niños, siempre debe haber un adulto supervisando.
③ Con los guantes puestos, desliza el hielo seco desde la línea de salida. Si entra en el cuadro central (dentro de la cinta roja) son 100 puntos, y si entra en el cuadro exterior son 50 puntos. Lánzalo 5 veces y compitan por la puntuación total.
Dependiendo de la fuerza que apliques, se pasará de largo o no llegará. Deberías poder sentir en tu propia piel el “tira y afloja” entre la inercia y la ligera fricción restante.
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