IntroduccióAquest article descriu una activitat basada en una joguina, el bozo-bozo. Es pot fabricar amb una barreta de fusta, en la qual s'han de fer unes osques regulars i la punta de la qual es posa una hèlix clavada amb un clau. Quan freguem les osques, l’hèlix gira. Podem dir que transforma un moviment rectilini altern en un de circular sense cap mena d’engranatge.
Malauradament, desconeixem l'origen d'aquest curiós giny. Estarem molt agraïts si algun lector ens pot ajudar a trobar-lo. Guia del professorat
Dades sobre l’activitat
Objectius: construir un bozo-bozo i experimentar-hi, introduir
els conceptes de composició de forces, ressonància, rodaments
i freqüència de rotació.
Lloc i temps: una opció és fer-lo al taller de
tecnologia; l’altre és portar uns 5 o 6 bozo-bozo, fer-ne una petita
explicació i donar pas a les qüestions. En el primer cas, necessitem
unes dues hores i en el segon, una hora, aproximadament.Valoració:
és una experiència força curiosa, agrada bastant als alumnes
perquè ho veuen com una experiència diferent i sembla que els
és beneficiós, ja que poden aplicar conceptes teòrics en
un objecte tangible. Quan es fa en una classe, es comprova que hi ha alumnes
als quals no els costa gaire fer girar l’objecte i controlar-ne el sentit
de gir i que n'hi ha altres als quals els costa forç. Entre ells s’estableix
una mena de competència.
Apunts sobre el funcionament
El forat que es fa a l’hèlix és una mica
més gran que el diàmetre del clau i el moviment que es produeix
és semblant al del hula-hoop.
Quan freguem amb la barreta produïm una oscil·lació en l’eix
vertical Y—vegeu
la figura 2—, però també fem una força en l’eix
X mitjançant
la mà amb la qual l'aguantem i amb la qual la freguem. La composició
d’aquestes dues forces produeix un moviment circular o el·líptic
en el clau, que fa rodar l’hèlix.( La barreta està sobre
l’eix Z
i l’hèlix gira en el pla X-Y).
 Si
fixem el bozo-bozo en una taula o en un cargol de manyà, podem veure
que no es produeix cap mena de rotació, ja que eliminem un dels components
del moviment. Si premem a sobre de la barreta, n'eliminem el component Y;
si la fixem en un cargol, n'eliminem el component X
. El sentit de gir només depèn de la inclinació de la barreta
amb la qual freguem, si està inclinada cap amunt o cap avall. Si canviem
la posició relativa de les mans, l’efecte és el mateix.
Segons com posem la barreta i els dits de la mà podem controlar el sentit
del moviment. Vegeu les figures 4 i 5 de les solucions. L’explicació
d’aquest últim fet encara no es coneix prou bé.
Si iniciem el moviment a poc a poc, ens adonarem que, si volem
que l’hèlix giri més ràpid, hem de fregar en ressonància.
També podem donar un copet a l’hèlix i mantenir-ne el moviment
només fregant.
Si es mesura el diàmetre del clau i el diàmetre de l’hèlix,
es pot comprovar que el moviment correspon al d’una rodament sense que
hi hagi lliscament; qualitativament podem veure que la freqüència
d’oscil·lació és més gran que la de rotació
de l’hèlix.
Aquest mecanisme també explica per què els cargols sotmesos a
vibracions s'afluixen.
Construcció
Material
Per a cada aparell necessitem un barreta de fusta rodona de
30 cm de llarg i
1 cm de diàmetre,
un clau (1 mm de
diàmetre) i el pal de fusta d’un gelat (els del Magnum van molt
bé). També necessitem un regla, un clau ( 2
mm de diàmetre), un martell, una serra de ferro, una llima de
fusta i un bec de Bunsen. Si podem disposar d’un cargol de manyà,
millor.
 Procediment
Agafem la barreta de fusta i en mesurem un tros de 22
cm i un de 8 cm.
La serrem en dos porcions. Agafem el tros de 22
cm i hi fem marques cada 1
cm a partir del tercer centímetre; n'hi podem fer deu. Amb la
serra de ferro serrem una mica les marques d’1
cm, perquè després la llima hi entri millor. Hem d’aconseguir
una profunditat aproximada de 2-3
mm. Amb la llima de fusta engrandim els talls anteriors. Foradem el centre
del pal del gelat amb un clau (2
mm), que hem enrogit amb el bec de Bunsen. Clavem el pal foradat amb
el clau petit (a l’extrem dels 3
cm) i ja tenim el bozo-bozo llest per funcionar!
Qüestions proposades
1) Si intentem fer funcionar un bozo-bozo
en el qual s'han marcat les osques però no s'han llimat, no funciona.
Per què?
2) Si fem un bozo-bozo amb les osques cada
2 cm, enlloc d’1
cm no funciona. Per què?
3) Com compararies l’inici del moviment
del bozo-bozo, amb el d’un gronxador? Creus que hi intervé la ressonància?
 4)
Observa les figures 5 i 6 i intenta controlar el sentit de gir amb
la posició de la mà que fas servir per fregar. Hi trobes cap explicació?
5) Què creus que passaria si el diàmetre
del clau i el del forat de l’hèlix fossin gairebé iguals?
6) Compara qualitativament per observació
visual la velocitat de vibració de la barreta i la freqüència
de gir de l’hèlix.
7) Si el diàmetre del clau és
una quarta part del diàmetre del forat de l’hèlix, quina
relació hi haurà amb les freqüències?
8) Creus que aquest aparell pot explicar d’alguna
manera que els cargols sotmesos a una vibració s’afluixin amb el
temps?
9) Posa dos bozo-bozo formant un angle de
90º, i frega'n
un. Que li passa, a l’altre? Per què?
10) Enigma: Com posaries en contacte dos bozo-bozo
per què fregant-ne un es moguessin els dos?
1) Com que les osques tenen poca profunditat, l’amplitud
de la vibració en la direcció vertical no és suficient
per produir el moviment circular.
2) La freqüència de vibració no és
suficient per iniciar el moviment. Nosaltres tenim un braç que té
una velocitat d’oscil·lació limitada.
3) Hem de fer la força a favor del moviment en tots
dos. Sí, la ressonància hi intervé, cosa que es veu clarament
amb la pista que hem donat del gronxador.
4) S'hi pot intentar donar alguna explicació. De moment
no n’hi ha cap d’acceptada. Jo crec que quan freguem amb el pal
cap amunt induïm un moment de gir en sentit antihorari i que la reacció
del sistema és la de girar en sentit horari (aguantant el bozo-bozo amb
la mà esquerra i fregant-hi amb la dreta).
5) Que l’hèlix no es mouria, ja que el clau no
gira, només vibra.
6) La velocitat de rotació és més lenta
que la de vibració.
7) La freqüència de vibració del clau serà
quatre vegades la de rotació de l’hèlix.
8) Si que explica que els cargols s’afluixin amb les
vibracions. Tot i que el moviment que observaríem seria molt més
lent, el paral·lelisme geomètric és molt evident.
9) En formar un angle de 90º,
no hi cap mena de transmissió, és una projecció perpendicular.
Aquest fet ens dóna una pista per resoldre l’enigma.
10) Es posen l'un sobre l’altre formant un angle
de 180º.
En el vídeo es veu com es produeix el moviment. |
 |
 Bibliografia - Investigación y Ciencia , Juliol 2007, pàg 86 i 87.
| Inici |
|
|
| ISSN:
1988-7930 Adreça a la xarxa:
www.RRFisica.cat Adreça electrònica:
redaccio@rrfisica.cat
difusio@rrfisica.cat
Comitè de redacció : Josep Ametlla, Octavi
Casellas, Xavier Jaén, Gemma Montanyà, Cristina Periago,
Octavi Plana, Jaume Pont i Ramon Sala.
Treballem conjuntament : Societat Catalana de Física,
Associació de Professores i Professors de Física i Química
de Catalunya,XTEC, Universitat Politècnica de Catalunya, Universitat
de Barcelona
|
   
Programació web: Xavier Jaén i Daniel Zaragoza.
Correcció lingüística: Serveis Linguïstics
de la Universitat Politècnica de Catalunya. |
Aquesta
obra està subjecta a una
Llicència
de Creative Commons
|
|
Recursos
de Física col·labora amb la
baldufa i també amb ciències
Revista del Professorat de Ciències de Primària i Secundària
(Edita: CRECIM-UAB)
|
|
3/9 
