Momentum
28 Apr, 2012
With a can
PRESENTATION: A magnet is fixed inside a cylindrical can, in a position displaced from the geometric center. From an equilibrium position, an accelerated rotation starts either in a clockwise or counter-clockwise sense, depending of the position of the additional mass. The torque or momentum that produces this rotation can even make the can climb up a certain slope.
- Battle of the Merry-Go-Rounds: An Angular Momentum Demonstration, Stephen J. Van Hook, Phys. Teach. 44, 304 (2006)
- Conservation of angular momentum apparatus using magnetic bearings, Michael J. Pechan, Alexandra O’Brien, and Wesley A. Burgei, Phys. Teach. 39, 26 (2001)
INTRODUCTION: The center of gravity (CG) is the point where all the weight of a rigid body is supposed to act. Its position is coincident with the center of mass (CM) if the gravity acceleration is the same for all points of the system. In equilibrium (∑F=0, ∑M=0), the vertical of the center of mass must cross the standing point of the object. If not, the center of mass will descend, making the body roll until the center of mass is placed on the vertical of the standing point.
OBJECTIVE: To study the behaviour of the rolling movement of the unbalanced cylindrical can on an inclined surface, depending of the initial orientation and critical angle.
MATERIALS: a cylindrical can, a magnet, a wooden board and a stand, a towel.
SETUP: Use the wooden board and the stand to create different slopes. Cover the board with a towel to increase friction. Fix the magnet in the inside wall of the can. The critical angle can be tuned by changing the slope of the board.
EXPLANATION: The can climbs up the slope because the gravity center is not placed in the vertical of the standing point. Although the whole object ascends, the CG is descending so that this reaches the vertical of the standing point. If we increase the angle of the ramp, the can will not eventually be able to ascend it.
CONCEPTS: center of gravity, center of mass, equilibrium, stability of rigid objects, inertia momentum, torque of a force, friction.
MORE INFORMATION:
TEXTS:
- J.M. De Juana, Física general. Pearson, 2005.
- R. Ehrlich, Turning the World Inside Out and 174 Other Simple Physics Demonstrations, Princeton University Press, 1997.
STUDENTS 2011-2012: Alejandro Cangas, Gabriel Carballido, Guido Cerqueira.
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STUDENTS 2010-2011: Marcos Basdediós, Alfredo Iglesias, Antonio Larramendi, Ignacio Álava
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2 responses to "Momentum"
Un sencillo experimento en el que se ve como el centro de gravedad de un objeto es importantísimo para conseguir un equilibrio. En este video lo aplican a un movimiento engendrado a partir de este esta excentricidad del centro de gravedad, inclusa siendo capaz de ascender. El momento es proporcional al peso de la excentricidad y distancia al centro de gravedad. Para iniciar a los alumnos con lo que es un momento este experimento puede simplificar mucho la explicación, haciendo más fácil su interpretación.
En el aula sería interesante darles a los alumnos los materiales necesarios para hacer la demostración después de explicarles cómo funciona, y que se debe al centro de gravedad del círculo. Podrían trabajar en grupos, intentando colocar el centro de gravedad en otros puntos del círculo para ver qué ocurre. Se les podría hacer preguntas tales como ¿qué pasa cuando el centro de gravedad está más cerca al centro del círculo? y ¿a qué distancia/ángulo tiene que estar el centro de gravedad (el iman) del centro del círculo para que mueva cuesta arriba?