El siguiente experimento es una maqueta funcional de una atracción muy popular en las ferias de atracciones mecánicas conocida como Gravitrón. En la atracción una persona se encuentra adentro de un cilindro que rota con cierta velocidad angular. El piso del cilindro es móvil, de tal forma que después de cierto tiempo este se baja. Se encuentra que la persona no se cae pues queda pegada a la pared del cilindro. En el experimento es de interés determinar la condición límite en la velocidad angular que permite que la persona no caiga.
El montaje experimental se presenta en la siguiente figura, en donde se observa el cilindro de plástico con el piso móvil con una lata en su interior. El cilindro se hace girar por medio de un motor eléctrico conectado a una fuente de voltaje. La velocidad angular del sistema se registra por medio de un sensor photogate conectado al sistema de adquisición PASCO Science Workshop 750. Para determinar la velocidad angular límite, en donde la lata no se cae al estar girando en el interior del cilindro, se utiliza un interruptor que congela el valor de la medición cuando se oprime.
Para realizar el experimento se enciende la fuente de voltaje y se ajusta el voltaje de tal forma que la velocidad del motor que hace girar el cilindro es suficiente para que la lata quede suspendida a cierta altura de la superficie inferior del cilindro después de que el piso móvil ha sido subido y bajado. Una vez se satisface esta condición, la fuente de voltaje se apaga después de que la lata queda suspendida con el objetivo de reducir gradualmente la velocidad del motor.
En el instante en donde se ve que la lata cae, se presiona el interruptor que detiene la medición dando como resultado la velocidad angular límite a la que la lata cae. La velocidad límite depende del radio del cilindro de plástico, de la gravedad y del coeficiente de fricción entre la lata y el cilindro. Para obtener el valor del coeficiente de fricción estática se emplea la metodología propuesta en la sección FISICA 1 - Determinación coeficiente de fricción estática.
Una vez que el coeficiente de fricción estático entre el aluminio de la lata y el plástico del cilindro es conocido, se procede a comparar el resultado de la medición con el desarrollo teórico que se presenta a continuación.
Para modelar el problema se considera que el cilindro tiene radio R, está rotando con velocidad angular w y el coeficiente estático de rozamiento entre la persona (lata de aluminio) y la superficie del cilindro del plástico es ue. Se busca determinar la velocidad angular mínima tal que la persona no se cae después de que el piso ha sido retirado.
A continuación se presenta un ejemplo de un resultado obtenido con el montaje experimental y el resultado esperado obtenido a partir del desarrollo teórico:
Para iniciar la reproducción del video del experimento haga click en la imagen a continuación.
Presentación en Power Point para la clase (guardar como *.PPSX para abrirlo correctamente) PPSX