Centro de masas
21 Feb, 2013
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PRESENTACIÓN: Un plano inclinado con forma de uve ten a súa parte aberta máis alta que a súa parte pechada. Sitúase un dobre cono no seu vértice de forma que o seu centro de masas descende subindo o dobre cono polo plano inclinado.
- Unbalanced, Ed van den Berg, Phys. Teach. 39, 202 (2001)
INTRODUCIÓN: O centro de masas é o punto en que pode considerarse concentrada toda a masa dun obxecto ou sistema. Pódese considerar igual ao centro de gravidade sempre que contemos cun campo gravitatorio uniforme. O movemento de calquera corpo pódese predecir mediante a observación do seu centro de masas.
OBXECTIVO: Demostrar que isto se cumpre para calquera obxecto, malia que a primeira ollada non o pareza.
MATERIAIS: cartulina, tixeiras, cúter e pegamento.
MONTAXE: Recortar e montar as figuras (rampa, cilindro e dobre cono). Colocar a rampa de pendente 5º sobre unha superficie horizontal. A continuación dispoñer os obxectos na rampa e observar o que ocorre. Podemos apreciar que o cilindro baixa e o dobre cono “sobe”.
EXPLICACIÓN: Sobre a parte máis alta do plano pousamos o cilindro e observamos como roda por el en sentido descendente. Isto é debido á acción do peso do obxecto, perpendicular ao plano horizontal, que fai que centro de masas achéguese ao chan. A continuación pousamos sobre a parte máis baixa do plano inclinado o dobre cono e observamos que xira e desprázase en sentido ascendente. Tamén é debido á acción do peso do obxecto, xa que tende a achegar o centro de masas ao chan. Neste caso, o centro de masas (situado na intersección dos planos de simetría) achégase máis ao chan canto máis soben os extremos pola rampa.
CONCEPTOS: Definición do centro de masas, acción da gravidade, movemento de rototraslación, forzas que actúan sobre un corpo.
MÁS INFORMACIÓN:
TEXTOS:
- J. Wilson, A. Bufa, Física, Pearson, 2003.
- J.L. Merian, L.G. Kraige, Mecánica para ingenieros, Reverté, 2004.
- R. Serway, J. Jewett, Física para ciencias e ingeniería, Thomson, 2005.
ALUMNADO 2012-2013: Natalia Cid, Alba Conde, Sandra Correa, Charles De Araújo
ENLACE pdf ALUMNADO (en castelán):
77 responses to "Centro de masas"
Este es un concepto a priori difícil de entender, pero con ejemplos como este y con los que se muestran en el siguiente vídeo, será fácilmente comprendible por el alumnado. Desde mi punto de vista, lo más impactante y llamativo de los experimentos que se muestran en él, son los relacionados con el centro de masas del cuerpo humano. Con casi toda seguridad, que los alumnos intentarán comprobar por sí mismos la veracidad de estos experimentos, despertando su motivación y el interés por entender y aprender su fundamentación.
El concepto del centro de masas está presente en muchos “trucos de magia” en los que simplemente se consigue un equilibrio entre varios elementos. Una rápida búsqueda en Youtube de “experimento centro de masa” nos da muchos otros ejemplos basados en este concepto, como por ejemplo el típico truco de balancear palillos y tenedores sobre una botella que alguna vez habremos visto a algún amigo o familiar intentar. En este vídeo lo explican muy bien y en castellano para quien se trabe con el inglés.
Los tentetiesos, juguetes muy populares entre los bebes, también juegan con la posición de su centro de masas, mantiene su estabilidad gracias a que su centro de masas debe encontrarse por debajo de su punto de apoyo. En este enlace se explica el funcionamiento de este juguete.
Este experimento pone de manifiesto cómo en muchas ocasiones nuestros sentidos pueden engañarnos. Existen muchos trucos, juguetes y experimentos basados en el centro de masas de los objetos. Este experimento me ha recordado el caso de un artista que trabaja con el centro de masas de las rocas y lo lleva al límite, aquí os dejo un vídeo en el que podréis ver cómo trabaja y alguna de sus obras.
Siguiendo con el tentetieso en el siguiente vídeo se construye uno a partir de un huevo.
El siguiente enlace lleva a un vídeo muy interesante donde se explica cómo localizar el centro de masas.
Otro experimento sencillo que se puede realizar para trabajar el centro de masas es el de colocar una lata en equilibrio sobre su “vértice” como se describe en el siguiente video.
Nos animais o equilibrio e a posibilidade de desprazamento está relacionado con éste concepto de centro de masas.
Cando un cuadrúpedo levanta unha pata o seu centro de masas atópase dentro do triángulo formado pola unión dos apoios das outras tres patas, polo que está estable. Non sucedería o mesmo se levantase dúas ou máis patas, estaría nunha posición inestable; cando isto sucede é compensado na carreira cos movementos de balanceo cara os lados ou de inclinación diagonal.
A lonxitude das extremidades tamén condiciona a posición do centro de masas, así animais con patas curtas soen vivir en árbores ou terreos montañosos. E outros de extremidades longas en terreos máis ben planos (xirafas, cabalos…)
Na evolución humana o paso de cuadrúpedos a bípedos supuso un gran reaxuste na posición e tamaño dos distintos ósos do esqueleto (pé, cadeira, xeonllo, columna). Neste enlace pode verse a posición dos centros de masa de primates, así como o diferente tamaño da cadeira, a diferencia no arqueamento da columna vertebral e a estrutura dos pés.
El experimento genera sorpresa, la explicación hará que se fije mejor el concepto de centro de masas.
En este contexto una experiencia interesante es colocar a alguien bien sentado en una silla, no demasiado baja, y hacer que intente levantarse manteniendo los brazos estirados y con las palmas de la mano en las rodillas, no podrá, la vertical del centro de masas no está en la base de sustentación (los pies). Casi nadie se da cuenta que para levantarnos nos inclinamos hacia adelante.
Esta experiencia la vi en la Casa de las Ciencias de A Coruña y a priori me llamó mucho la atención. Es interesante además que pueda ser llevada al aula de manera económica e incluso, que pueda ser realizada por los alumnos.
Como bien se explica en la actividad, el centro de masas de un sistema es el punto geométrico que se comporta como si en el estuviera aplicada la resultante de las fuerzas externas al sistema y en el estuviera concentrada toda la masa. En el siguiente vídeo se pueden ver varias experiencias donde el centro de masas depende de la distribución de materia. Ayudando de este modo, a la comprensión de un concepto complejo.
Es un experimento muy visual y útil para explicar el centro de masa. Si bien, me gustaría resaltar que habría que mencionar la diferencia entre centro de masa y centro geométrico. Que aunque en objetos formados por un mismo material coinciden ambos puntos, si un objeto está formado por diferentes materiales, su centro de masa no estará en su centro geométrico. Aunque soy de la opinión de que a veces resulta necesario no mencionar cosas puntuales para que los alumnos cojan la idea y más tarde añadir lo que falta, en este tema del centro de masas me parece muy conveniente explicar la diferencia entre centro de masa y geométrico, ya que experimentalmente puede verse la diferencia, aunque el centro de gravedad si considero que se podría dejar un poco al margen, ya que es más difícil que vean y entiendan la diferencia entre centro de masa y centro de gravedad.
Me parece una experiencia muy sencilla de llevar al aula pero muy llamativa. En este vídeo se realiza una breve explicación del concepto centro de masas con un pájaro de plástico que se aguanta en equilibrio apoyado sobre su pico. Es el mismo funcionamiento que realiza un equilibrista que camina sobre una cuerda floja con una barra curva en sus manos.
Este tipo de experimentos sorprenden a los alumnos y hacen que no se les olviden los conceptos explicados. Cuando estaba en el instituto, mi profesora de física y química nos explicó el centro de masas con un experimento muy curioso que hizo que ese concepto no haya caído en el olvido hasta el día de hoy. El experimento consistía en que un chico y una chica se pusieran de pie frente a una pared. Deben pegarse a la pared y dar un paso hacia atrás, de modo que la distancia entre la pared y sus pies sea de aproximadamente 50 cm. A continuación ambos debían doblar la espalda hacia abajo sin doblar las rodillas, de forma que la cabeza quedara pegada a la pared. A continuación, se les ponía una mochila llena en las manos y se les decía que se levantaran. Sorprendentemente la chica podía levantarse pero el chico no. En youtube he encontrado un video en el que hacen algo muy parecido.
Sin duda, este é dese tipo de experimentos que chama a atención nada mais velo por ser algo que parece “imposible”. Incluso, estou seguro que mais de un alumno pensará que ten “truco”. Tratando o tema do centro de masa, tamén é moi ilustrativo o experimento da “lata equilibrista” que se mostra no seguinte link. Neste experimento, ao encher a lata cun pouco de auga, baixa o seu centro de masa e desa forma é moito mais sinxelo conseguir poñela en equilibrio.
El concepto de centro de masas es bastante complicado de entender, por lo que las demostraciones como las de esta actividad resultan sorprendentes, por ir, en apariencia, en contra de la gravedad. Se puede entender también este concepto mediante la creación de un tentetieso a partir de un huevo y arena, como se muestra en el siguiente enlace. Además, es posible calcular el centro de masas de un objeto suspendido de manera relativamente sencilla, como se muestra en este enlace de la BBC.
Me fascina este experimento, es muy sencillo pero la verdad es que lo he visto un montón de veces. Parece magia ver como el cono sube “solo”. Sucede porqué el centro de masas de un sistema es el punto geométrico que dinámicamente se comporta como si en él estuviera aplicada la resultante de las fuerzas externas al sistema. El cálculo del centro de masas tiene muchas aplicaciones, como por ejemplo en el diseño de automóviles y otros tipos de vehículos en los que es importante que el centro de gravedad se encuentre lo más cercano posible al suelo para que la posibilidad de un vuelco sea menor, o lo que es lo mismo tenga mayor estabilidad. Sucede lo mismo en el diseño de los busques, donde buscamos que permanezcan lo más estables posibles y no vuelquen.
A menor escala el centro de masas permite estudiar el movimiento de traslación de un sistema de partículas. Esto es así ya que, el centro de masas se considera como aquel punto que presenta una masa igual a la suma de las masas que componen el sistema y que por lo tanto experimenta la resultante de las fuerzas que actúan sobre el mismo. Este centro de masas tiene asociados un vector de posición, otro de velocidad y otro de aceleración. Os dejo un enlace en el que se explica como calcular estos vectores, lo que puede ser muy útil para emplear después de hacer el experimento que se muestra en este proyecto, especialmente en cursos de bachillerato.
El centro de masas,que a nivel de secundaria va asociado a un montón de ecuaciones, es muy importante en muchísimas cosas que nos rodea, como los coches, las grúas, las mecedoras, las sillas, los aviones, avionetas, helicópteros…..y debería quedar clara su explicación. Los cálculos son inevitables, pero si podemos asociarlos a algo conocido, real, tangible….será mucho más llevadero.
Na miña experiencia educativa nunca tiven este tipo de demostracións na aula para ilustrar conceptos físicos tan elementais como o centro de masas, e aínda a día de hoxe me seguen chamando moito a atención. Atopeime con este vídeo por casualidade, e nel ilústrase perfectamente o concepto de centro de masas con tan só un bastón e os teus dedos índice.
Como se mostra no vídeo, ao deslizar ambos dedos índice baixo o bastón dende os extremos, sempre rematan entrando en contacto no centro de masas do obxecto. Isto débese a que o dedo que se atope máis preto do centro de masas do bastón en cada momento está soportando un maior peso do obxecto, o que provoca un maior rozamento ao intentar desplazalo en comparación co outro dedo, que se atopa máis alonxado do centro de masas, polo que soporta menos peso e, consecuentemente, fricción, desplazándose facilmente. Así, cando o segundo dedo (o que se move) pase a estar máis preto do centro de masas que o primeiro (o que estaba inmóbil), este último empezará a moverse e o outro quedará quieto, ata que ambos entren en contacto no centro de masas. Fácil, pero sorprendente!
+info: Demostración e Explicación (min 1:44)
Como demuestra el vídeo, hay muchas fuerzas implicadas en el movimiento de masas. Inicialmente resulta antinatural esperar que un cuerpo suba por un plano inclinado por su propio peso, pero en este caso, igual que si fuese un elemento circular excéntrico, lo hace. Experimentos como este hay mucho, pero pensando en aplicaciones de este concepto, todos tenemos que controlar nuestro centro de masas a diario, continuamente. En particular, en la danza es necesario tener un control exquisito sobre este principio, siendo el punto de apoyo en la danza clásico el mínimo, e incluso durante un tiempo limitado, y con muy poca tolerancia a la excentricidad debido a la cantidad de piruetas que maneja. Sea cual sea el movimiento que hagas en danza, todos usan la fuerza de gravedad, inercia, centrípeta, centro de gravedad y fricción. El centro de gravedad es el punto central en el cuerpo del bailarín, y es importante mantenerlo sea en los giros, saltos o en cualquier otro movimiento, centrado para tener equilibrio y estabilidad todo el tiempo. Dejo aquí una página que habla sobre la física en la danza.
Muy buena demostración del concepto de centro de masas, que si me la hubieran mostrado cuando estudiaba secundaria me resultaría más sencillo de comprender. Relacionado con dicho concepto adjunto el siguiente vídeo donde se explica qué es el centro de masas con diferentes demostraciones. Al final del vídeo se revela por qué la torre de Pisa no se cae aunque esté inclinada: por el centro de masas. En ella, el centro de masas se encuentra por encima del punto de apoyo de la torre, y por tanto habrá equilibrio ya que la vertical que pasa por el centro de masas del edificio cae dentro de la base de sustentación.
La primera vez que vi una experiencia similar a esta fue de jugando al billar con un familiar. Conseguir subir una de las bolas del juego por los palos creando con ellos una rampa en forma de cono, en eso consistía el reto. La bola se desplazaba por encima de los palos, pero realmente el centro de masas de la bola bajaba a medida que la bola se desplazaba.
El centro de masas es un concepto que nos simplifica mucho el trabajo a la hora de realizar cálculos en sistemas mecánicos donde interviene la acción de la gravedad, y con esta experiencia se puede explicar fácilmente dicho concepto.
La actividad del cilindro y el doble cono me parece una actividad impactactante y soprendente para realizar con los alumnos y explicarles el concepto de centro de masas. Seguro que quedan sorprendidos. En este vídeo se explica muy bien como buscar el centro de masas en distintas figuras y da explicación a multitud de ejemplos cotidianos usando este concepto..Me parece un vídeo muy didáctico. En cuanto a ejemplo arquitectónico, el de las torres Kio, en Madrid, me parece fantástico como combinación de estética, física, arquitectura.
El concepto de centro de masas tiene una gran relevancia en la Física, sin embargo, no se suele explicar de una forma tan visual y fácil de comprender como la que se muestra en el experimento del doble cono.
Cabe destacar que el centro de masas de un cuerpo permite conocer su momento de inercia respecto a cualquier eje conociendo previamente el momento de inercia respecto a un eje paralelo que pasa por el centro de masas (teorema de Steiner), por lo que conociendo la posición del centro de masas es posible hacerse una idea de como se producirán los movimientos de rotación del objeto. En este vídeo se muestra un experimento para comprobar el teorema de Steiner.
Conocía el concepto de centro de masas como centro de equilibrio de un objeto, pero esta demostración le da una nueva dimensión. Magnifica demostración que para cualquiera sin conocimientos sobre física podría presentársele como pura magia.
Confirma de una forma muy explícita la tendencia del centro de masas hacia el suelo, en este caso incluso “desafiando” las leyes de la gravedad y de la lógica, ya que seguramente la mayoría, diría que el movimiento del cono sería igual al del cilindro, de arriba hacia abajo, y nunca rampa arriba. De nuevo, la demostración experimental ayuda al alumnado a entender conceptos que mediante fórmulas y explicaciones teóricas caerían en el olvido rápidamente.
Siempre me explicaron este concepto con fórmulas y escrito en pizarra, pero de esta forma se puede entender el concepto, que es bastante abstracto a priori. Esta explicación sobre la distribución de masas nos ayudaría a comprender las órbitas de los planetas. Los planetas se mueven en órbitas elípticas alrededor de su centro de masas.
Me uno a las felicitaciones sobre la práctica manipulativa que se sugiere para explicar este importante concepto, coincido que es de las que llaman la atención al alumnado y motivan el aprendizaje. Podría utilizarse esta idea para diseñar una actividad en la que se montaran distintas estructuras a partir de varias geometrias primitivas y calcular/experimentar con la posición del centro de masas. Un método sencillo de calcular centro de masas con una superficie plana es el descrito en este artículo de Khan Academy. En relación al comentario anterior y la relación de centros de masas y órbitas, incluyo enlace de distintas actividades presentadas en un pasado congreso de Enciga y que muestra alguna experiencia realizada en una escuela de verano de profesores en la Agencia Espacial Europea.
Este tipo de experimentos en el que se exhiben fenómenos que parecen contradecir las leyes de la física me parecen muy interesantes, ya que verdaderamente hacen entender los principios a los alumnos. Otros experimentos de tipo engañoso que hacen pensar e incluso replantearse los principios a los alumnos son las (falsas) máquinas de movimiento perpetuo, como puede ser la fuente de Heron descrita en el siguiente vídeo.
Aquí un video do doble cono de Nollet.
Los experimentos de este tipo permiten, además de introducir un concepto teórico y favorecer su aprendizaje, ayudar a desarrollar en los alumnos la capacidad crítica, al entender que detrás de este tipo de demostraciones que a priori parecen contradecir las leyes física, se encuentra una explicación completamente lógica. Por lo que estas demostraciones consiguen desarrollar en el alumnado una forma de pensar más racional. Existen más experimentos como este que son muy fáciles de hacer y explican el concepto del centro de masas muy bien, siendo muy visuales y llamativos, como el explicado en este vídeo.
Este concepto paréceme que dá moito xogo á hora de demostralo e de poñelo en práctica, de modo que axude ao alumnado a interiorizar e afianzar qué significa o centro de masas e cómo funciona este fenómeno físico. Un exemplo que atopei a través dunha búsqueda en Youtube e que me pareceu moi ilustrativo foi o seguinte.
Me ha parecido una demostración muy ingeniosa, con un montaje fácil de realizar y que puede despertar el interés y curiosidad del alumnado en conocer el porqué se produce este fenómeno, facilitando así el entendimiento del concepto. He encontrado otro experimento sencillo que puede evidenciar el efecto de un cuerpo posea un centro de masas bajo, facilitando el equilibrio de este, y que también puede sorprender al alumnado.
Este efecto tamén se pode conseguir con algo cilíndrico, como un rollo de cinta adhesiva, pero colocando un peso na parte superior, de forma que o centro de masas esté mais alto. Neste video fano cunha lata de galletas.
Un experimento similar para el mismo principio sería el realizado en el aula con un par de tenedores, un vaso y un palillo, poniendo en equilibrio el conjunto.
Os dejo un vídeo de juegos de equilibrios muy complejos y vistosos. Estos se consiguen al colocar el centro de masas por debajo del punto de apoyo. El centro de masas tiene tendencia a caer bajo el punto de apoyo, si ya está debajo el sistema se vuelve muy estable.
Este experimento además de sencillo es muy visual. Como hemos visto, el equilibrio es mayor cuanto más próximo está el centro de masas del suelo. Este principio se usa mucho en construcción de “medios de transporte” pero sobretodo en ámbito deportivo. En el caso de la fórmula 1 sabemos que también el vehículo es bajo para evitar el rozamiento y que hay más factores a tener en cuenta que el centro de masas pero es también un factor muy importante. Si me lo llevo a mi terreno, los deportes acuáticos, sobran ejemplos de como el centro de masas afecta al equilibrio. En la modalidad de piragüismo, si tú te subes a una piragua con un asiento baja las estabilidad va a ser mayor que uno que tenga un asiento alto. Esto se tiene en cuenta en modalidades más enfocadas a aguas bravas, kayak de mar, descensos… y menos en modalidades de velocidad donde se suponen unas condiciones más idóneas.
Este experimento es interesante, no sólo para introducir la idea de centro de gravedad, sino que también por incitar a la reflexión y al replanteamiento del entorno que nos rodea. Tal y como se explica en la introducción, el centro de masas es el lugar del objeto en el cual se concentran todas las fuerzas. Con el fin de profundizar más en este tema durante la clase, se podría hablar sobre qué ocurre cuando un cuerpo se encuentra en reposo, dado que se encuentra en equilibrio estático, pudiendo ser este estable, inestable o indiferente, dependiendo del posicionamiento del centro de gravedad en relación con el punto de suspensión o apoyo. En este vídeo puede verse un experimento sobre equilibrio inestable, que también es muy vistoso para los alumnos.
El centro de masa de un objeto o de un sistema, es el punto en donde actúa la resultante de fuerzas sobre el objeto. Esto es útil porque facilita resolver problemas de mecánica en donde tenemos que describir el movimiento de objetos con formas raras y de sistemas complicados. Pero también es útil es estática, por ejemplo en el cálculo de vigas. La forma de la viga determina su centro de masas y esto es crucial para el cálculo de la resistencia de la viga.
El centro de masas, tan importante en la construcción, inercias, reacción de vehículos y construcción pero quizás difíciles de calcular y entender. Quizás el ejemplo realizado con palillos y tenedores pueda ayudar a demostrar la importancia.
¿Por qué a torre de Pisa non se cae a pesar de estar inclinada? Isto débese a que o seu centro de masas atópase nunha posición (enriba do seu apoio) que permite que a torre esté equilibrada e non se caia.
Este blog presenta información interesante sobre este tema.
En un principio impacta, después te fijas un poco más e indagas lo que está pasando. Con el cilindro no hay problema, se entiende perfectamente, pero nos sirve para explicar por comparación lo que le ocurre al doble cono. El centro de gravedad del cilindro está por encima de los puntos de apoyo y el apoyo tiene pendiente y como resultado desciende por la rampla. En cambio, en el doble cono tienen una pendiente mayor que la rampla, ahora al apoyar el doble cono en la zona estrecha de la rampla y esta al irse abriendo, se da como conclusión que el punto de gravedad del doble cono desciende más al separarse los puntos de apoyo, que la propia pendiente de la rampla.
Hace poco se hizo viral en TikTok un reto que solo las mujeres eran capaz de llevar a cabo. Lo curioso es que la razón de esto reside en el centro de masas, que es distinto para hombres y mujeres. Dejo el link de una noticia con el reto por si alguien quiere desafiar su centro de gravedad.
El centro de masa coincide con el centro de gravedad cuando el cuerpo está en un campo gravitatorio uniforme. Es decir, cuando el campo gravitatorio es de magnitud y dirección constante en toda la extensión del cuerpo. Un experimento simple para aprender de forma amena y divertida en casa sobre esto es el siguiente. Solo necesitas un palo largo y colocarlo sobre uno de los dedos de cada mano. Hay que ir acercando los dedos hasta que se junten, sin que el palo se caiga. El punto en el que se unen los dedos es el centro de gravedad del palo. ¡Así de sencillo!
Un concepto muy sencillo en su base, pero complejo de entender en cuanto a este experimento. No obstante, es genial ya que que viendo y entendiendo por qué sucede esto, los alumnos tendrán completamente claro como funciona el centro de masas. Previamente como actividad complementaria, se podría trabajar una tarea de calcular gráficamente el centro de masas de figuras planas. Quizás de esta manera les resulte más sencillo llegar a entender este concepto.
¿Cómo se pesan los planetas? Hoy en día se puede deducir la masa de un planeta que se encuentra a millones de kilómetros de nosotros, simplemente observando cómo interactúa con el resto de cuerpos celestes. Se puede estimar la masa de un planeta que gira alrededor de otra estrella siempre que se conozca la masa de la estrella, su velocidad alrededor del centro de masas y la velocidad del planeta alrededor del mismo.
Podríamos decir que el centro de masas es el promedio de la posición de todas las partes del sistema, ponderadas de acuerdo a sus masas. Para objetos rígidos con densidad uniforme, se ubica en el centroide. En otras ocasiones, cómo en un anillo, está en el centro, donde no hay material. Para formas más complicadas, podríamos definir el centro de masa cómo la única posición en la cual los vectores de posición ponderados de todas las partes de un sistema suman 0. En la demostración del video, el doble cono sube la rampa ya que el centro de masas se acerca más al suelo cuanto más suben los extremos.
Un experimento impactante para los alumnos, el cual facilitará la retención del aprendizaje durante más tiempo debido a ese efecto sorpresa. Adjunto este vídeo en el que se realizan diferentes experimentos con el centro de masa, y que pueden ser utilizados para explicar este concepto.
Un gran experimento para causar sorpresa en nuestros alumnos y hacerles partícipes de la clase. Al tener un comportamiento poco intuitivo es muy llamativo y genera interés por tener una respuesta a por qué se produce.
Hola, quería compartir un ejercicio relacionado con el centro de masas que se puede usar para estimular la intuición física y también la matemática. Primeramente habría que explicar el concepto de centro de masas. En el caso de cuerpos homogéneos, el centro de masas es el centro geométrico. Una vez explicado en esto en clase, podemos pasar a este ejercicio. El problema consiste en que tenemos un bloque, por ejemplo de 10x10x20cms. Lo colocamos sobre su base más pequeña. Si lo empujamos suavemente por la parte superior inclinándolo, hay unos ángulos para los cuales el bloque vuelve a su posición original y para otros vuelca. La primera cuestión sería: ¿Para qué ángulos aproximadamente se cae y para cuales no? Averígualo de forma aproximada. Podemos dejar que los alumnos trasteen un rato y lleguen a la respuesta, que algo como “ángulos superiores a 25º, tal que el centro de gravedad supere la línea de apoyo”. Entonces se puede poner el siguiente ejercicio. “Dibuja el bloque inclinado a punto de caer, tal y como lo ves. ¿Cómo calculas el ángulo de inclinación para el cual el centro de masas está encima del eje de giro?” Entonces pueden calcular el ángulo máximo para el cual no cae. Es un simple problema de trigonometría, pero a diferencia de un problema de matemáticas, tienen que plantearlo ellos. Como se ve en esta imagen, hay que darse cuenta de que los ángulos rojos son iguales, y que cuando el ángulo con el que lo inclinamos iguala o supera el ángulo verde (que viene determinado por el bloque, que mide 10x10x20), entonces cae. Basta con calcular el ángulo verde. Esta es una buena forma de extender sus destrezas matemáticas para que también incluyan resolver rectángulos y triángulos medio girados.
Este es un experimento que capta la atención de los alumnos ya que lo que sucede podría no ser lo esperado. Con este impacto se hace más fácil lograr que comprendan el concepto de centro de gravedad, así como su importancia en la vida cotidiana. Por ejemplo, para los bailarines es importante conocer su centro de gravedad para poder mantener el equilibrio.
Con este experimento se aseguran dos cosas, la primera sorprender a los alumnos y la segunda asegurar que entienda el concepto de centro de masas. 🙂
Además de ilustrar el concepto de centro de masas, ayudaría a que los alumnos pensaran más allá, que no siempre es lo que parece.
Al leer esta práctica me viene a la cabeza otra práctica útil para explicar el concepto de centro de masas, tal y como nos mostró recientemente uno de los docentes en clase. A continuación dejo un el enlace para un video en el que podemos ver los dos ejemplos que se nos mostraron en clase.
Se trata de un experimento curioso, en el que lo que sucede podría ser lo no esperado por el alumnado. En el siguiente enlace se lleva acabo el experimento con una regla de madera y distintos elementos.
Algo a priori tan intuitivo y tan sencillo como determinar el centro de masas de un cuerpo te puede hacer reflexionar después de realizar una experiencia como esta.
Un plano inclinado con forma de uve tiene su parte abierta más alta que su parte cerrada. Se sitúa un doble cono en su vértice de forma que su centro de masas desciende subiendo el doble cono por el plano inclinado. Hay muchas actividades sencillas, para el cálculo del centro de masas.., como por ejemplo el de la lata de reflesco..
Por qué a torre de Pisa non se cae a pesar de estar inclinada? es un ejemplo muy claro y fácil de entender…, por otro lado existen juegos que ya simulan un edificio con varias plantas, se coloca un péndulo, para ver el centro de gravedad, y si te sales de ese punto al inclinarse…., Derrumbe..
El centro de masas representa el punto en el que suponemos que se concentra toda la masa del sistema para su estudio. Es el centro de simetría de distribución de un sistema de partículas. Con este video se puede ver de una forma más práctica y por lo tanto más fácil de comprender.
Este es uno de los experimentos más sencillos y a la vez más chocantes que he visto y creo que al alumnado puede dejarle muy sorprendido y con ganas de saber más sobre la explicación científica de lo que ocurre con las figuras: el equilibrio será mayor cuanto más cerca del suelo se encuentre el centro de masas.
Este concepto es algo que me sorprendió en clase, realizamos este mismo experimento pero también usamos una figura de un pájaro que tenia el centro masa en su pico, de forma intuitiva tendemos a pensar que el centro de masa de un objeto siempre esta en medio del objeto, cuando no siempre es así. Con esto se puede trabajar el concepto equilibrio-centro de masa.
Un experimento muy apropiado para clase, por lo visual del efecto, su facilidad de montaje (con cartón, por ejemplo, como en el primer vídeo) y porque podría dar lugar a plantear a los alumnos que ellos mismo calculen la trayectoria del centro de gravedad de ambas figuras a partir de su geometría y la de la rampa triangular.
A primera vista, parece contraintuitivo que un objeto ascienda por un plano inclinado; uno esperaría naturalmente que cualquier objeto ruede o deslice hacia abajo debido a la gravedad.Este experimento demuestra que la percepción no siempre coincide con la realidad, especialmente en el ámbito de la física. Demuestra la importancia de analizar detenidamente las situaciones y los problemas, y de no confiar únicamente en nuestras intuiciones iniciales.
Los experimentos con el centro de masas son un muy buen ejemplo para comprender que el ser humano siempre está buscando el punto de equilibrio de los objetos y en ocasiones, la percepción o intuición puede engañarnos.
Me resulta un experimento muy curioso y contrario a lo que me dice mi intuición ya que en principio pensaría que tanto el cono como el cilindro descenderían por la rampa. Como comenta en otro comentario una compañera, en clase se nos explicó el mismo concepto, una de las maneras fue con un pájaro el cual era capaz de sostenerse solo apoyando su pico. Todo esto demuestra la importancia de dónde se encuentre el centro de masas de un objeto, un material, una estructura… Se me ocurre que en ingeniería civil, comprender la ubicación del centro de masas puede ser esencial para el diseño de carreteras o estructuras en terrenos inclinados. También de forma más simple la utilización del centro de masas podría resultar de utilidad en la elaboración de juguetes. Por otro lado, comprendiendo mejor este concepto gracias al experimento también se me viene a la mente una mala consideración del centro de masas en la construcción de la Torre de Pisa en Italia.
Este experimento es muy ilustrativo y nos puede ayudar en el aula a que los alumnos comprendan la física de una forma experimental y lo relacionen con actividades de nuestra vida diaria que puedan verse afectados por el fenómeno del centro de masas. Además, los materiales que se emplean para realizar este experimento son muy sencillos y al alcance de la mayoría de los alumnos. Es muy interesante observar la conexión con la vida cotidiana que existe. Desde cargar bolsas hasta mover muebles, nuestra interacción con el centro de masas es constante y natural. Nuestro cuerpo, como un sistema físico en constante equilibrio, responde a la gravedad de manera intuitiva, buscando mantener su centro de masas de manera eficiente. Un ejemplo también puede ser la Torre de Pisa, como he observado en comentarios de compañeros. Este sencillo experimento nos invita a reconocer la presencia constante de la física en nuestras acciones diarias. Ya sea en la rampa de un experimento de cartulina o en nuestras propias trayectorias cotidianas, el centro de masas emerge como un concepto subyacente, conectando la teoría física con la práctica de una manera que a menudo pasa desapercibida.
Un experimento moi ilustrativo e impactante para, ademáis de comprender o concepto do centro de masas dun corpo, estimular ao alumnado a preguntarse que hai máis alá do que percibimos polos nosos sentidos, a razón de ser dos fenómenos cotiáns.
Este experimento, junto con la actividad donde se calcula el centro de masas de un objeto irregular, son ejemplos muy útiles y prácticos que ayudan a comprender el concepto de centro de masas. Resulta positivo observar cómo se emplean cada vez más métodos prácticos y experimentales en la enseñanza, alejándose de la exclusividad de las clases magistrales.
Me parece súperinteresante este experimento, ya que parece cosa de magia. Me imagino al alumnado observando este fenómeno y no dar crédito a lo que ven, un objeto subiendo una cuesta sin propiciarle ningún tipo de fuerza. Para un adolescente, creo que es algo impensable. Más experimentos de este tipo deberían llevarse al aula para el interés del alumnado por la ciencia crezca.
¿Por qué los coches deportivos son tan bajitos? El centro de masas (o centro de gravedad) es un concepto clave en la física y la ingeniería en el diseño de un vehículo, ya que la ubicación del centro de masas permite garantizar un equilibrio óptimo entre estabilidad, maniobrabilidad, eficiencia y seguridad.
Me encanta!! Este experimento lo realizó en profesor en un master que estoy haciendo para profesorado y la verdad que me sorprendió. Siempre hemos tenido la idea de que cualquier objeto colocado en un plano inclinado termina rodando hacia abajo (si no hay rozamiento) y ver que en vez de bajar sube, es sorprendente y parece magia. Es un buen experimento para llevar a las aulas por su simplicidad y que ellos mismos pueden incluso realizar y ver si han entendido bien los conceptos.
Muy buen experimento para que los alumnos conozcan la importancia del centro de masas. Ya que al verlo por primera vez, impacta un monton. Cuando lo vi por primera vez en clase, no le encontraba explicación. Puede resultar muy importante ver como los alumnos tratan de encontrar la explicación, Para complementar esta actividad, se les podía enseñar estructuras extrañas que se mantienen en equilibrio debido a su centro de masas como puede ser una lata de refresco inclinada o la torre de Pisa.
No es fácil comprender la teoría del centro de masas, y con el ejemplo se visualiza perfectamente cómo se desplaza un objeto en función a su centro de masas, atendiendo a su forma. Ayuda a que el alumno comprenda fácilmente la teoría mediante este experimento tan sencillo.
Es fascinante cómo algunos experimentos pueden desafiar nuestra percepción inicial y mostrarnos comportamientos inesperados en objetos comunes. Al colocar el cilindro en la parte superior del plano inclinado, rueda hacia abajo porque su centro de masas se desplaza acercándose al suelo. Sin embargo, al situar el doble cono en la parte baja de la rampa, este “sube” debido a que su centro de masas tiende a acercarse al suelo, aunque en este caso lo hace a medida que los extremos del cono avanzan en dirección ascendente. Este experimento es una forma clara de mostrar cómo la ubicación del centro de masas influye en el movimiento. Lo incorporaré a mis clases añadiendo el ejemplo del tambor imantado, además he encontrado otros ejemplos que ilustran en detalle el centro de gravedad y su influencia para el equilibrio.
Ni subiendo, ni bajando. Equilibrando.
En mi experiencia educativa, nunca he tenido este tipo de demostraciones practicas. Una pena, ya que es una demostración impresionante, y para quienes no tienen conocimientos de física, podría parecer pura magia. Explica de forma muy clara la inclinación del centro de masas hacia el suelo, incluso “desafiando” las leyes de la gravedad y la lógica. Muchos probablemente asumirían que el cono se movería igual que el cilindro, descendiendo, y jamás subiendo por la rampa. Una vez más, una demostración práctica permite al alumnado comprender conceptos que, explicados solo con fórmulas o teoría, se olvidarían con facilidad.
Este experimento es un ejemplo que puede despertar un interés en el alumno si se le impulsa razonar al alumno sobre el porqué de que el cono “asciende” por el plano pero realmente su centro de masas está cada vez más bajo. Puede ser muy útil para entender el concepto de centro de masas, y se puede aprovechar para mencionar la importancia que tiene en muchos ámbitos de la vida cotidiana este centro de masas.