Plano inclinado

0. ¿Qué es un plano inclinado?

El plano inclinado es una superficie plana que forma con otra un ángulo muy agudo (mucho menor de 90º). En la naturaleza aparece en forma de rampa, pero el ser humano lo ha adaptado a sus necesidades haciéndolo móvil, como en el caso del hacha o del cuchillo.

Se emplea en forma de rampa para reducir el esfuerzo necesario para elevar una masa (carreteras, subir ganado a camiones, acceso a garajes subterráneos, escaleras…)

En forma de cuña para apretar (sujetar puertas para que no se cierren, ensamblar piezas de madera…), cortar (cuchillo, tijera, sierra, serrucho…) y separar o abrir (hacha, arado, formón, abrelatas…).

1. ¿Qué vamos a hacer?

Realizaremos varios experimentos en los cuales se explicará el tema del plano inclinado. El primero es una rampa muy simple y demostrar el modo de utilización y las ventajas o ayudas que nos aporta; el segundo se basa en planos inclinados en tornillos, permitiendo reducir la fuerza.

2. ¿Qué necesitamos?

  • Elementos de elevación (en este caso hemos usado unos libros para hacer el apoyo de la rampa).
  • Un elemento rígido para que sirva de plano inclinado propiamente dicho.
  • Un dinamómetro.
  • Un coche u otro elemento con ruedas para permitir su desplazamiento.
  • Una tachuela o clavo.
  • Un tornillo.
  • Una presilla.
  • Una pelota.

3. ¿Cómo lo hacemos?

Experimento 1

3.1. Colocamos el material de elevación, en este caso unos libros.

3.2. Colocamos la tabla de madera sobre los libros formando un plano inclinado de 30 cm de altura.

3.3. Enganchamos el coche al dinamómetro y subimos perpendicularmente tirando del dinamómetro y observamos la fuerza necesaria para subir el coche.

3.4. Se coloca el coche en la rampa y se le hace subir por ella tirando del dinamómetro que previamente habremos enganchado al coche, observando la fuerza necesaria para subir el coche.

Experimento 2

3.1. Cogemos la tachuela que también es un plano inclinado y la clavamos sobre una madera.

3.2. Después se coge el tornillo y se repite la misma operación. Observando que es mucho más sencillo clavar el tornillo.

3.3. Más tarde se lleva a la práctica esto mismo cogiendo una presilla y una pelota.

3.4. Apretamos la pelota con la mano hasta ver cuanto somos capaces de deformarla.

3.5. Después cogemos la presilla y apretamos sobre la pelota observando que se deforma mucho más que con la mano.

4. ¿Qué es lo que ha ocurrido?

Los planos inclinados se utilizan para que con una mínima fuerza podamos levantar grandes pesos, es decir, reducir muchísimo la fuerza para hacer determinados esfuerzos.

En el primer experimento se observa como hemos empleado mucha más fuerza cuando hemos ascendido el coche sin rampa que con ella.

En el segundo experimento se puede observar como es mucho más fácil introducir el tornillo que la tachuela y esto es porque dispone de planos inclinados, observándose aquí que para conseguir un menor esfuerzo hemos tenido que recorrer mayor distancia, ya que en vez de clavar en sentido perpendicular hemos tenido que girar el tornillo.

Finalmente con la tachuela se demuestra este segundo experimento, es decir, con la mano no somos capaces de deformarla prácticamente y sin embargo con la presilla se deforma muchísimo, sin embargo para ello hemos tenido que cambiar la dirección de la fuerza.

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Sustancias diamagnéticas

1. ¿Qué vamos a hacer?

Vamos a comprobar como hay sustancias que son rechazadas cuando se encuentran en un campo magnético.

2. ¿Qué necesitamos?

  • 1 Imán potente (pueden servir algunos de los que llevan los altavoces de las radios, o los que van en la punta de las flechas de los juegos de dardos magnéticos),
  • Pajitas de las utilizadas para beber refrescos,
  • Hilo,
  • Plastilina,
  • Sustancias diamagnéticas: uvas, pastillas ambientadoras.

3. ¿Cómo lo hacemos?

3.1. Hay que tener en cuenta que es un fenómeno muy débil y, por tanto, vamos a necesitar un dispositivo muy sensible. Lo vamos a conseguir fabricando una especie de balanza de torsión con una pajita colgando de un hilo (tal como puede verse en la figura). La plastilina la vamos a utilizar para ayudar a equilibrar el sistema y evitar que se desplace el hilo.

3.2. En primer lugar, vamos a clavar dos uvas en los extremos de la pajita. Las uvas son una fruta con gran contenido de agua (sustancia diamagnética) por lo que el efecto será fácil de observar.

3.3. Comprueba que al acercar lentamente un imán a una de las uvas el sistema gira alrededor del hilo, rechazado por el imán.

3.4. Repite ahora el experimento con dos pastillas de naftalina o de para-dicloro benceno; son sustancias con carácter “aromático” y, por tanto, diamagnéticas. Esta sustancia se utiliza como sustituto de la naftalina, para conservar la ropa, o en pastillas ambientadoras del hogar (se pueden conseguir fácilmente en supermercados y droguerías).

4. ¿Qué es lo que ha ocurrido?

Las sustancias diamagnéticas tienen unas características muy interesantes: son rechazadas por un campo magnético. Es el caso de sustancias como el agua, el oro, la naftalina, etc.

El problema que se plantea es que los efectos diamagnéticos son muy débiles y, por tanto, debemos buscar un dispositivo lo suficientemente sensible que nos ayude a detectarlos.

5. Recomendaciones y/o observaciones.

Se puedes probar con otras sustancias diamagnéticas, por ejemplo, con un anillo de oro. También se puede investigar con otras sustancias que encuentres en casa y tratar de encontrar cuáles son también diamagnéticas.

 

Péndulo caótico

1. ¿Qué vamos a hacer?

Vamos a crear un péndulo que oscile con normalidad. A partir de aquí, veremos que reacción se genera si ponemos unos imanes en la trayectoria del péndulo.

2. ¿Qué necesitamos?

  • 8 Imanes pequeños,
  • 1 Cápsula de plástico pequeña en la que guardar un imán,
  • Plastilina,
  • Hilo,
  • Soporte para el péndulo.

3. ¿Cómo lo hacemos?

3.1. En primer lugar vamos a construir el péndulo. Para ello vamos a utilizar una pequeña cápsula de plástico en la que colocaremos el imán en la parte más baja. Hay que tener cuidado de que uno de los polos del imán quede apuntando hacia abajo. En la parte de arriba de la cápsula haremos un pequeño agujero para pasar el hilo del que la vamos a colgar.

3.2. La forma de la cápsula no tiene importancia.

3.3. Ahora tenemos que colgar el péndulo de un soporte.

3.4. Preparar la base con los imanes sobre la que va a oscila el péndulo, es una parte importande del experimento. En el dibujo se ha puesto un ejemplo con 6 imanes formando un hexágono y uno más situado en el centro (justo debajo del punto del que cuelga el péndulo). Un detalle muy importante es que los imanes tienen que estar orientados al revés que el imán del péndulo, de forma que lo repelan. También es importante que los imanes queden sujetos a la base. Basta con que la base sea de hierro y los imanes quedarán unidos a ella. Si la base es de otro material, pueden unirse los imanes con plastilina o pegamento.

Ahora basta con dejar de oscilar el péndulo y observar lo que ocurre.

4. ¿Qué es lo que ha ocurrido?

Un péndulo es un dispositivo que oscila a un lado y a otro de su posición de equilibrio repitiendo periódicamente el mismo movimiento. Se realiza siempre el mismo movimiento y, por tanto, podemos predecir su posición en todo momento. Sin embargo, un sistema caótico realiza siempre un movimiento impredecible. En este experimento vamos a construir un péndulo caótico ayudándonos de unos cuantos imanes.

Los imanes de la base repelen al imán del péndulo. Cuando soltamos el péndulo se pone en movimiento y tiende a oscilar en un plano como cualquier péndulo, pero cuando llega a la zona de acción de los imanes experimenta una fuerza de repulsión que le hace cambiar la dirección y el plano de oscilación. La gravedad hace que el péndulo tienda a volver a la posición de equilibrio, pero en su camino va a encontrar siempre una fuerza de repulsión que le hará cambiar su trayectoria. Y así, indefinidamente sin parar nunca. O parando cuando el azar le lleve a encontrar un punto de equilibrio.

Magnetismo en el agua

1. ¿Qué vamos a hacer?

Vamos a realizar otro experimento distinto para comprobar que los polos iguales de un imán se repelen.

2. ¿Qué necesitamos?

  • Fichas magnéticas (por ejemplo de un juego de mesa),
  • 1 Cuenco pequeño,
  • Agua.

3. ¿Cómo lo hacemos?

3.1. Se pone un poco de agua en el cuenco y luego se dejan sobre la superficie del agua tres o cuatro fichas magnéticas.

3.2. Las fichas se colocan sobre el agua de manera que se separan y terminan pegadas a la pared del cuenco formando polígonos regulares.

3.3. Cuando las fichas están pegadas a la pared del cuenco se puede dejar otra ficha en el centro que permanecerá en equilibrio sin moverse.

4. ¿Qué es lo que ha sucedido?

Las fichas se alejan unas de otras por las fuerzas magnéticas que actúan sobre los imanes que tienen las fichas de plástico en su interior.

5. Recomendaciones y/o observaciones.

Si las fichas no flotan podemos pegar debajo de ellas un trozo de corcho.

Imanes que levitan

1. ¿Qué vamos a hacer?

Vamos a comprobar como gracias al efecto magnético podemos conseguir que un imán levite sobre el otro.

2. ¿Qué necesitamos?

  • 2 imanes anulares. Se pueden obtener de los auriculares que se utilizan para los aparatos de música,
  • 1 pajita para refrescos,
  • 1 bolita de plastilina.

3. ¿Cómo lo hacemos?

3.1. Sujeta la pajita con la bola de plastilina de forma que quede vertical.

3.2. Ensarta un imán través de la pakita.

3.3. Añade más imanes procurando que se enfrenten siempre polos opuestos.

4. ¿Qué es lo que ha ocurrido?

En esta experiencia se ve cómo los imanes pueden levitar unos sobre otros debido a la repulsión que ejercen entre sí dos polos magnéticos del mismo signo.

5. Recomendaciones y/o observaciones.

Si se tienen suficientes imanes, se puede probar a juntar varios grupos que se repelan entre sí.

Pila de vinagre

1. ¿Qué vamos a hacer?

Mediante este experimento se pretende demostrar la posibilidad de crear una corriente eléctrica mediante reacciones químicas.

2. ¿Qué necesitamos?

3. ¿Cómo lo hacemos?

3.1. Se vierte el vinagre en el recipiente de vidrio.

3.2. Sujetamos el extremo de un hilo de cobre a un clip, y el clip a la lámina de cobre.

3.3. Fijamos el extremo del otro hilo de cobre al otro clip, y éste a la lámina de zinc.

3.4. Los extremos libres de los hilos se conectan a los bornes del portalámparas que sujeta la bombilla.

3.5. Introducimos las dos láminas de metal en el vinagre del recipiente de vidrio.

4. ¿Qué es lo que ha sucedido?

Que se enciende la bombilla al producirse una corriente eléctrica como consecuencia de la reacción química originada por el vinagre y las dos láminas: la de zinc y la de cobre.

Peinando un cereal

1. ¿Qué vamos a hacer?

Peinar un cereal no es fácil, pero estos dos objetos nos permitirán observar la existencia de la electricidad estática y su comportamiento.

2. ¿Qué necesitamos?

  • Un trozo de hilo (para sujetar el cereal).
  • Un grano de cereal (puede ser un grano de trigo seco o un grano de arroz inflado, etc.)
  • Un peine de plástico.
  • Un jersey o un ovillo de lana para frotar el peine

3. ¿Cómo lo hacemos?

3.1. Con cierta habilidad hay que atar un extremo del hilo a un grano de cereal (o de arroz inflado). El otro lado del hilo podemos sujetarlo con celo o cinta aislante en una mesa y otro objeto que permita ver el hilo colgando con el cereal en su extremo opuesto.

3.2.Cogemos el peine bien limpio y seco y lo frotamos con el jersey o con un ovillo de lana. En este momento el peine se carga con electricidad estática.

3.3. Aproximamos el peine con lentitud al cereal y observamos que el cereal se moverá intentando tocar el peine. Sostenemos el peine hasta que por fin el cereal se aleja del peine.

3.4. A continuación intentaremos acercar lentamente el peine al cereal observando que en este momento el cereal se aleja del peine cuando se lo acercamos.

4. ¿Qué es lo que ha ocurrido?

Al frotar el peine con la lana éste se llena con carga negativa.

Cuando acercamos el peine  (carga neutra) al cereal, éste es atraído por el peine.

Cuando las cargas negativas pasan del peine al cereal, el cereal se carga negativamente y al volver a intentar aproximarlos, el cereal repele el peine porqué los dos están cargados negativamente.