L'experiment és molt senzill. Cal disposar d'una nou, d'un
pot de cuina transparent i amb tanca hermètica (mirant que la
geometria del pot sigui cilíndrica), i d'aigua (vegeu la figura
2). Omplirem el pot de cuina amb aigua fins a vessar, dipositarem la
nou a l'aigua (observem que sura, vegeu la figura 3) i tancarem hermèticament
el pot.
Ara només cal col·locar el pot horitzontalment. Lògicament,
la nou quedarà situada a la part superior (la paret lateral del
pot de cuina) i ens podem preguntar: què passarà amb la
nou si accelero el pot cap a la dreta (vegeu la figura 5)?
La resposta sembla evident: la nou es desplaça cap a l'esquerra
del pot, igual que una pilota situada al passadís d'un autobús
té tendència a desplaçar-se cap a la part posterior
quan accelera cap endavant.
|
 |
Bé, ara cal experimentar-ho. Observem què fa la nou i ... sorpresa!
Passa que la nou es desplaça cap a la dreta amb una acceleració
més gran que la que hem aplicat al pot, tal com podem observar en la
figura 6.
 |
 |
Encara podem experimentar més coses:
situem el pot horitzontalment, ara, però, amb l'eix de simetria
apuntant cap a nosaltres. Si el fem girar de pressa (vegeu la figura 7)...
quin moviment seguirà la nou? Sembla que hauria de desplaçar-se
cap a l'exterior del pot, de manera semblant al que passa als objectes
de dins d'un cotxe quan aquest agafa una corba (a causa de la força
fictícia, en aquest cas, centrífuga).
Bé, ara segurament ja esperem que passi el contrari.
Efectivament, la nou es desplaça per l'interior del pot cap a nosaltres,
justament al contrari del que en un principi esperaríem.
De fet, la nou sembla que va contra la primera llei
de Newton: quan comuniquem una acceleració al pot (lineal o centrípeta),
en comptes de seguir la tendència a quedar-se quieta (inèrcia),
la nou encara obté més acceleració (lineal o centrípeta)
i en el mateix sentit de l'aplicada al recipient. |
 |
Com ho expliquem?
Per començar, aquest fenomen tampoc és tan diferent
del que observem sempre que un objecte sura en un fluid.
Un suro submergit en l'aigua, un globus aerostàtic en l'aire..., no fan
res més que pujar, és a dir, anar en contra del que esperaríem:
que per l'acció de la gravetat caiguin cap al centre de la Terra.
Aquesta força s'anomena força ascensional (empenyiment) i és
deu a la diferència de pressions que exerceix el fluid entre la part
inferior i la part superior de l'objecte.
Si la força que realitza aquesta diferència de
pressions és superior al pes de l'objecte, aleshores pujarà, en
comptes de caure cap avall. Observeu les figures 8 i 9
 |
Ara anem al nostre cas: en la primera experiència,
quan accelerem el pot de cuina cap a la dreta, l'aigua que hi ha dins
exerceix pressions també horitzontals, per seguir el moviment,
la pressió cap a la dreta ha de ser superior a la de l'esquerra,
per accelerar igual que el pot. |
La diferència entre les forces exercides per aquestes
pressions ha de ser la necessària (segons la segona llei de Newton) per
produir l'acceleració de l'aigua; però, en el nostre cas, no hi
ha aigua, sinó una nou (que té menys massa que el volum d'aigua
corresponent). Per això l'acceleració de la nou és superior
a la de l'aigua i, lògicament, també a la del pot.
En resum, la força que actuaria sobre l'aigua per fer-la accelerar com
el pot actua sobre la nou i hi produeix una acceleració més gran.
Potser la figura 10 ajudarà a entendre-ho.
En el segon cas, l'explicació és la mateixa:
la força centrípeta actua sobre una massa més petita (la
de la nou) i provoca una acceleració més gran en la direcció
de la força, és a dir, cap al centre de rotació. En definitiva,
malgrat les aparences en Newton encara mereix tot el nostre respecte i les seves
lleis funcionen correctament!
La poma de Newton i la nou d'Einstein
Segons el que acabem d'experimentar, una nou submergida en
aigua té un moviment relatiu en el mateix sentit de l'acceleració
que experimenta el fluid (el sistema que l'envolta). El moviment relatiu de
la nou indicaria, per tant, el sentit de l'acceleració. La nou seria
un bon acceleròmetre.
Si ara tenim present que una nou es desplaça cap amunt quan la submergim
en aigua, això significa que aquesta aigua i tot el sistema que l'envolta
(encara que tot plegat ens sembli que està quiet) està accelerant
cap amunt... això pot ser molt sorprenent!!!
Però... recordem com la teoria de la Relativitat General explica el fenomen
de la gravitació? De forma molt simplificada: un sistema sotmès
a un camp gravitatori (en el nostre cas g
= -9,81 m/s2 i vertical) equival a un sistema accelerat just
en sentit contrari (a
= +9,81 m/s2 i vertical)... que és efectivament el
que ens indica la nou quan està submergida. Impressionant la relació
de la nou amb l'Einstein, no?
Tothom coneix l'estreta relació d'en Newton amb una fruita: la poma;
a partir d'ara a l'Einstein potser haurem de relacionar amb un altre fruit:
la nou.
Encara més...
Hi ha altres experiències sobre aquest mateix fenomen.
- Posa un globus inflat amb heli dintre d'un cotxe o d'un autobús
i deixa'l anar fins que s'aturi al sostre. Observa què passa quan el
vehicle accelera. Què passarà quan faci una frenada sobtada?
Em sembla que ara ja saps la resposta. Per cert, aquesta seria una bona experiència
per predir, fer i comentar amb l'alumnat a l'autobús, mentre tornem
d'una sortida, a un parc d'atraccions (per poder aconseguir fàcilment
el globus amb heli).
- El mateix efecte es pot aconseguir amb qualsevol objecte que sigui menys
dens que el fluid que l'envolta, per exemple: la flama d'una espelma dins
d'un recipient transparent es desplaça en el sentit de l'acceleració
que produïm al recipient, i no en el sentit contrari.
I ara una anècdota: experimentant amb globus plens d'heli
i buscant com aconseguir petites bombones o esprais d'aquest gas.... Vaig trobar
a Internet un web-estafa molt curiós. Feu una ullada a http://www.zerogravityspray.com/.
No calen comentaris.
Se t'acudeixen més experiències per dur a terme i poder completar
l'article? Si és així, t'agrairia que hi afegissis un comentari.
Moltes gràcies.
| 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)
|
|
|
4/9 
