¿Cómo funcionan las montañas rusas?

Etiquetas

,

Las montañas rusas utilizan sólo un motor en el inicio de su recorrido: para poder llegar hasta la altura indicada para luego iniciar la aventura. En lo que sigue del recorrido no se utiliza ningún mecanismo mecánico para ayudar a completar la trayectoria. Esto se debe a que el principio del funcionamiento de las montañas rusas se basa en la ley de la conservación de la energía.

En este caso, dichas energías son la energía cinética y la energía potencial. La energía cinética es aquella que está presente en todo movimiento, es la energía del movimiento. Mientras mayor sea la velocidad, mayor será la energía cinética que ese cuerpo posea. Por otro lado, la energía potencial refiere la energía de posicionamiento. Así,  la energía potencial gravitatoria, y como bien dice su nombre, refiere a la energía en torno a la posición de un cuerpo en relación a la gravedad. Imagina que sujetas un cuerpo con tu mano a una altura de 1 metro del suelo. Ese cuerpo tiene la capacidad de producir energía cinética, dado que si se lo suelta adquiere velocidad. Esa capacidad de producir energía es justamente la energía potencial. El cuerpo a 1 metro del suelo tiene cierta energía potencial, pero a 2 metros tiene mayor energía potencial, a 3 metros tiene más, y así siguiendo.

Ahora bien, ¿Cómo se relaciona esto con la montaña rusa? Primero tenemos que remitirnos a una de las leyes fundamentales de la física: la conservación de la energía. Ésta dice que la energía no se crea ni se destruye, sino que se transforma. Es decir, la cantidad total de energía siempre se mantiene constante. Si se retoma esto a las energía cinética y potencial, vemos algo muy peculiar. El cuerpo que se encuentra a 1 metro de altura tiene cierta energía potencial. Cuando se lo suelta, adquiere energía cinética. Entonces, ¿Cual es la energía cinética del cuerpo antes de chocar contra el suelo? ¡La misma que la energía potencial que tenía antes de soltarlo! La energía siempre se mantiene constante. Así, si al cuerpo se lo soltase desde 2 metros, la energía cinética que adquiriría seria el doble que si se lo soltase de 1 metro.

Este fundamento usan las montañas rusas. Una vez que ascienden para luego dejarse caer e iniciar su recorrido, utilizan la conservación de la energía para funcionar. Cuando se encuentra a una cierta altura, tiene energía potencial. Cuando desciende, ésta se transforma en energía cinética, la cual le permite volver ascender para luego descender, así se forma un ciclo de transformación de la energía en potencial y cinética sucesivamente. Esto permite que las montañas rusas puedan funcionar sin ninguna ayudar mecánica externa, sino hacerlo solo con la utilización de las leyes de la física.

De todos modos, hay que tener en cuenta la fricción producida por lo rieles. Ésta desacelera la velocidad de la montaña rusa, produciendo que la energía total neta no sea totalmente mecánica. Es decir, parte de la energía se pierde en calor por la fricción. De todos modos, la energía total sí permanece constante, dado que si se sumasen la energía potencial y cinética más el calor perdido por fricción, el resultado siempre sería mismo, constante. De este modo, a la hora de diseñar las montañas rusas, los ingenieros siempre tienen que dejar un margen para la pérdida de energía por la fricción.

Más información:

¿Por qué no sentimos que la Tierra gira?

Etiquetas

La Tierra rota sobre su propio eje a una velocidad lineal de 1666 km/h, medida desde el ecuador. Esta velocidad parece muy grande, pero sin embargo nosotros no la percibimos. Esto se debe a que formamos parte del mismo sistema de movimiento de la Tierra.

Es decir, al formar parte de ese mismo sistema, nosotros nos movemos a la misma velocidad que ella, rotamos a su misma velocidad. Como la Tierra gira a velocidad promedio constante, no percibimos ningún cambio ni sensación de movimiento. Esto se puede comparar cuando te encuentras en un auto que viaja a alta velocidad. Adentro del mismo no percibimos esa velocidad. Lo mismo sucede en cualquier móvil que se mueve a velocidad constante.

Hay que recalcar que es primordial que esa velocidad sea constante. De no serla, a causa de nuestra inercia percibiríamos el movimiento. Según la inercia, todo cuerpo que se mantiene en reposo o movimiento continuará en su estado a menos que una fuerza externa actué sobre él. Si la Tierra desacelerara de golpe, nosotros seríamos expulsados al espacio a una velocidad de 1666 km/h, debido a la inercia, dado que ninguna fuerza externa actúa sobre nosotros (la fuerza actúa sobre la Tierra).

Pero nada esto pasará, dado que la tierra gira sobre su propio eje a velocidad a una velocidad prácticamente constante, lo que hace que, al ser parte de ese sistema, nunca percibamos el movimiento de ésta.

Más información:

¿Por qué no se cae la Torre de Pisa?

Etiquetas

La torre de Pisa maravilla al mundo no solo por su antigüedad y figura sino también por la extraña posición en que se encuentra. Esa inclinación se debe a un error en la construcción, hace ya varios siglos. Sin embargo, a pesar de ese tiempo, la Torre sigue intacta. Su explicación se debe a la ubicación de su Centro de gravedad.

En un campo gravitatorio uniforme, el centro de gravedad de cualquier objeto se encuentra en el mismo lugar que su centro de masa . Su importancia radica en que en un cuerpo la gravedad actúa de manera que toda su masa se concentrará en ese centro de gravedad. Este lugar no siempre es simétrico con el objeto mismo, dado que éste puede tener forma irregular y contener más masa de un lado que de otro.

Este centro es quien determina el equilibro o caída de un objeto. Imagina una recta perpendicular al piso que pase por el centro de masa del objeto. Para que el cuerpo no se caiga, la recta perpendicular del centro de gravedad debe pasar por el soporte del mismo. Si esa línea lo abarca, el objeto se mantendrá en equilibrio, dado que la gravedad está sustentada. Pero si la recta no abarca el soporte, éste se caerá. De este modo, la condición para que se un objeto se mantenga en equilibro es que la recta perpendicular al suelo de su centro de gravedad abarque el apoyo del mismo.

Esto mismo se aplica a la Torre de Pisa y es lo que explica por qué no se cae. Su centro de gravedad se encuentra encima del apoyo de la torre, de modo que se encuentra equilibrada. Es decir, la recta del centro de masa, perpendicular al suelo, pasa por la base de la torre. Esto asegura que la Torre no se caiga, a pesar de estar inclinada.

Más información: