El levitador eòlic està basat en l’aparell elaborat amb un CD descrit en un  l’article  d’Adolf Cortel  publicat a la revista Alambique [1] i que en Julián Oró [2]  portà a la pràctica i divulgà entre el professorat.
Aquest giny es desplaça sobre un matalàs d'aire eludint pràcticament les forces de fregament. La seva fàcil construcció i manipulació el fa ideal per a l'estudi experimental del moviment i de les lleis de Newton.
Al l'article explicarem com es construeix, com funciona i, a més, donarem un exemple d'aplicació.

Construcció Per fer un bon levitador necessitem: Una fusta rectangular de 10 cm de costat i d’uns 15 mm de gruix (100 g, aproximadament) Una vàlvula de tres vies. Es poden trobar en comerços de material mèdic però en caixes que en contenen quantitats considerables. A l’Ortopèdia Cabré (carrer de Portaferrissa, 6, Barcelona) les venen per unitats a un preu raonable, igual que al CESIRE-CDEC (passeig de la Vall d'Hebron, 64-70, Barcelona), sempre que en tinguin en estoc. Un globus. Dos trossets de tub de silicona (4 cm). Una brida de plàstic petita . Un inflador de globus. El podem aconseguir en comerços d’articles de festa.

Recepta Localitzem el centre del bloc de fusta i el foradem amb una broca de 5 mm. Prenem la vàlvula triple i ajustem els dos tubets de silicona a les dues obertures, a i b, més amples (amb angle recte). La sortida c, més prima, la deixem lliure. Posem el globus a l'obertura a i el fixem amb la brida. Finalment introduïm la sortida lliure, c, al forat de la fusta.

Secrets de cuiner Gairebé totes les mesures anteriors són orientatives i us podeu deixar guiar pel vostre instint. Tot i això, us faig algunes recomanacions: La base de fusta pot ser quadrada, rodona, triangular o poligonal. De fet, no cal ni que sigui de fusta, ha de tenir un gruix mínim perquè la vàlvula, en introduir-la, no sobresurti per l'altre costat. D'altra banda, el seu pes no ha de sobrepassar un valor màxim: el flux d'aire del globus difícilment aixecarà més de 300 g. Un cop fet el forat, recordeu-vos de passar-hi paper de vidre per eliminar qualsevol rebava. La brida la podeu substituir per cinta adhesiva o algun producte similar, tot i que en aquest cas el tancament no serà tan bo. Si la vàlvula, en introduir-la a la fusta, balla lleugerament es pot segellar amb cola de contacte o de tipus superglue.

Funcionament El funcionament del levitador és molt simple: el desinflament del globus provoca un flux d'aire descendent i crea un matalàs d'aire sota la fusta que, en aixecar-la, elimina quasi completament les forces de fregament. Això sí, l'alçada de levitació és tan petita que qualsevol irregularitat en la superfície fa que s'aturi, per exemple la diferència d'alçada entre dues rajoles, un gra de sorra... Les superfícies ideals per fer-lo lliscar són les taules de fòrmica d'aules o laboratoris. Al vídeo podeu veure el levitador eòlic en plena acció, tal com hauria de funcionar si les coses s'han fet prou bé.

Experiència: Moviment en una rampa

A continuació s'explica amb detall l’experiència Moviment en una rampa, realitzada per alumnes de primer de batxillerat de física, en què  el levitador es mou sobre un pla inclinat.
Tot i que l’experiència està dissenyada per fer-la amb un sensor de posició, és molt fàcil adaptar-la per fer-la amb anàlisi de vídeo.
Les possibilitats del levitador van molt més enllà d’aquest experiment; el levitador es pot utilitzar per portar a la pràctica experiències sobre moviment rectilini uniforme o accelerat, sobre moviment circular enganxant-lo a un cordill elàstic, sobre moviment parabòlic en una taula inclinada, sobre primera i la segona lleis de Newton,  sobre xocs inelàstics i elàstics (recobrint-ne els cantons amb una goma)... De fet, costa d’imaginar un tema relacionat amb la mecànica en què no es pugui fer servir.
Pel que fa al nivell dels alumnes, el levitador es pot fer servir en qualsevol etapa de la secundària, tant a ESO com al batxillerat.

Orientacions per al professorat

L'experiència consisteix a llençar el levitador en una taula lleugerament inclinada i amb un sensor de posició (dels equips MultiLog-MultiLab) a la part més alta.
La durada prevista per a aquest recurs és d'una hora, incloent en aquest temps la posada en pràctica dels tres apartats: predicció, experiment i anàlisi.
El levitador és tan sensible que no necessita gaire inclinació: per una taula d'uns 120 cm de llargada, un desnivell de 10 cm serà suficient. Recordeu de falcar la taula per aconseguir que el levitador baixi pel mateix lloc que ha pujat.
A la primera part els alumnes han de predir com seran les gràfiques posició-temps, velocitat-temps i acceleració-temps i justificar-les. Aquesta primera part la poden fer sense el levitador, però és més pedagògic donar-los-el per quèt facin amb cura observacions qualitatives.
En aquesta part el professor no ha de pretendre buscar que els alumnes trobin la solució més correcta, sinó fomentar la discussió argumentada i, sobretot, no ha de deixar avançar cap grup fins a la segona part fins que superin la primera de manera satisfactòria. Per aconseguir-ho el millor és no subministrar tot el material necessari a priori.
A causa de a la importància d'aquesta primera part, cal no tenir pressa, hi podeu dedicar des d'un quart fins a la meitat de l'hora.
A la segona part es fa l'experiment i l'anàlisi dels resultats.
Se suposa que els alumnes coneixen la detecció de moviment mitjançant sensors amb l'equip MultiLog-MultiLab. Si no és així, és molt recomanable fer una experiència prèvia amb el levitador movent-se en un pla horitzontal (moviment uniforme).

Fitxa de l'estudiantat

Predicció

El levitador eòlic es desplaça sobre un matalàs d'aire que quasi elimina la força de fregament.
Infla'l i llença'l cap amunt des de la taula inclinada diverses vegades.
Recorda que el sensor és a la posició 0 i que solament registra posicions positives.

Si hi hagués hagut un sensor de posició a la part més alta de la taula, quina gràfica posició-temps hauria registrat? Representa-la qualitativament i justifica-la amb paraules.

Experiment

Munta el sensor de posició, connecta’l al sistema MultiLog-MultiLab i després enregistra el moviment del levitador.
Recorda de posar 25 mostres/s a l'opció de "freqüència" i no apropar l'objecte a menys de 40 cm del sensor.
Fes diversos llançaments i retalla el millor.

Anàlisi

Compara el resultat de la gràfica posició-temps amb la teva predicció i justifica les diferències.

Fent servir el botó d'ajust de funció del MultiLog, ajusta la corba que creguis més adient i copia'n la fórmula.

A partir de la fórmula aconseguida, quines són la posició inicial, la velocitat inicial i l'acceleració del levitador?

Solucions

Aquests són els resultats obtinguts per un grup d’alumnes de primer de batxillerat en realitzar l’experiència.

Si hi hagués hagut un sensor de posició a la part més alta de la taula, quina gràfica posició-temps hauria registrat? Representa-la qualitativament i justifica-la amb paraules. Pensem que la gràfica posició-temps seria l'anterior, ja que l'origen seria el sensor, i primer s'hi apropa i tot seguit, se n'allunya. I tots dos passos amb una força constant.

Anàlisi Compara el resultat de la gràfica posició-temps amb la teva predicció i justifica les diferències. Amb l'anàlisi d'aquest experiment ens hem adonat que la nostra predicció era incorrecta perquè l'hem dibuixat com dos moviments uniformes constants i no com un sol moviment accelerat.

Fent servir el botó d'ajust de funció del MultiLog, ajusta la corba que creguis més adient i copia'n la fórmula.

A partir de la fórmula aconseguida, quines són la posició inicial, la velocitat inicial i l'acceleració del levitador?
Ho podem observar a l’apartat anterior.

Notes

[1] CORTEL, Adolf. “Cinemàtica con un deslizador de construcción casera”. Alambique , núm. 55 (2008), p.89 – 91.

[2]  Julián Oró: Professor de física i química. Ha impartit docència a l’IES la Llauna, del curs 2005/2006 al 2008/2009 ha estat en comissió de serveis al CDEC i actualment treballa en un institut de Saragossa. Ha col·laborat en l'elaboració de diferents cursos relacionats amb la utilització de simulacions, amb el laboratori basat en el vídeo i els sistemes de captació de dades, així com en la impartició de cursos que tenen relació amb aquests temes.
 

Sumari

4/9

Inici	Com podeu col·laborar?	Subscripció
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)