Inercia
23 feb, 2013
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PDFCilindros a la carrera
PRESENTACIÓN: Dos cilindros de igual masa, forma, tamaño pero diferente momento de inercia se sitúan en la parte superior de un plano inclinado con rozamiento. El cilindro con menor momento de inercia llegará al final del plano inclinado antes.
- Moments of Inertia of Disks and Spheres Without Integration, Seok-Cheol Hong and Seok-In Hong,Phys. Teach. 51, 139 (2013)
- Pictorial representation of torque and rotational inertia, Robert W. Bird, Phys. Teach. 36, 492 (1998)
INTRODUCCIÓN: El momento de inercia es una medida de la inercia rotacional de un cuerpo. El momento de inercia refleja la distribución de masa de un cuerpo o de un sistema de partículas en rotación, respecto a un eje de giro. Sólo depende de la geometría del cuerpo y de la posición del eje de giro; pero no depende de las fuerzas que intervienen en el movimiento. El momento de inercia desempeña un papel análogo al de la masa inercial en el caso del movimiento rectilíneo y uniforme.
OBJETIVO: Comprobar cómo influye la geometría de un cuerpo en su momento de inercia.
MATERIALES: tabla de madera, cilindro hueco de metal, cilindro macizo de madera del mismo diámetro que el cilindro hueco de metal, un objeto que haga de apoyo para elevar un lado de una tabla.
MONTAJE: En una mesa de laboratorio ponemos el objeto que haga de apoyo en un lado de la mesa y sobre él ponemos la tabla de madera para que quede inclinada con una cierta pendiente, o también podemos utilizar una superficie que tenga un determinado desnivel; como en nuestro caso. Sobre la parte elevada de nuestra superficie con pendiente, ponemos los dos cilindros a la misma altura y los dejamos caer al mismo tiempo. Como resultado se observa que el cilindro opaco de madera llega antes abajo que el cilindro hueco de metal.
EXPLICACIÓN: Los dos cuerpos tienen la misma masa, por lo tanto la fuerza de su peso es la misma, aunque uno de ellos rueda más rápido que el otro. Esto es debido a que la geometría de ambos es distinta, lo que conlleva un momento de inercia distinto y por lo tanto una resistencia distinta a rodar.
La fórmula para calcular el momento de inercia de un cilindro macizo I=1/2mr2, mientras que la fórmula del momento de inercia de un cilindro hueco es I=mr2.
La velocidad de ambos cilindros puede ser hallada mediante la siguiente fórmula: Ec=1/2 Icω2+ 1/2Mv2, ya que la energía cinética de ambos es la misma, el que tenga más momento de inercia tendrá menor velocidad al final de la pendiente.
CONCEPTOS: momento de inercia, rotación, energía.
MÁS INFORMACIÓN:
TEXTOS:
- Tipler P.A. Física. Barcelona: Reverté, 2010.
- De Juana J.M., Física General, Pearson, 2009.
- Serway R.A y J.W.Jewett. Física, Thomson-Paraninfo, 2010.
ALUMNADO 2012-2013: Manuel Fernández, Alexandre DeTellitu, Carlos Llovo, Yeray Doporto
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ALUMNADO 2011-2012: José Lorenzo, Francisco Javier Lobeira, Sergio Martínez, Cristina Martínez
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64 responses to "Inercia"
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Experiencia sencilla para explicar en qué consiste el momento de inercia y demostrar que la inercia de un cuerpo no depende de las fuerzas que actúan sobre él, si no de la forma, masa y del centro de giro de dicho cuerpo. También se puede demostrar con esto que, si el momento angular se conserva, el momento de inercia es inversamente proporcional a la velocidad de giro del cuerpo, es decir, cuanto mayor sea el momento de inercia menor será la velocidad de giro.
Para el momento de inercia, existe un ejemplo ideal, que es el del patinador. Con los brazos extendidos, o con los brazos encogidos. Este experimento es interesante ya se observa que la velocidad de giro y el momento de inercia están íntegramente ligados. La conservación del momento angular nos dice que si reducimos el momento de inercia, la velocidad angular debe aumentar. Cuando el cilindro es macizo su momento de inercia es menor que el del cilindro hueco, por la velocidad angular será mayor, por lo tanto cuando ruede sobre la superficie, recorrerá más distancia en menos tiempo.
En esta página hay una actividad, donde se puede simular como varia el momento de inercia de una varilla con dos muelles.
O momento de inercia é unha medida da inercia rotacional dun corpo. Cando un corpo xira en torno a un dos eixos principais de inercia (soen ser de simetría ou paralelos a eles), a inercia rotacional pode ser representada coma unha magnitude escalar chamada momento de inercia. Nun corpo en rotación, a resistencia a cambiar a súa velocidade, non só depende da súa masa, seón tamén da distribución da masa respecto ao eixo de xiro. Canto mais alonxada estea a masa do eixo de xiro, é dicir, canto maior é o momento de inercia, mais custa facer que se mova cando está parado ou que deixe de facelo cando está en movemento.
Isto mesmo pode observarse nos videos enlazados previamente e tamén no seguinte.
En biología podríamos aprovechar la explicación experimental de la inercia para hacer ver cómo influye la geometría del cuerpo de los perros en su momento de inercia. Aquellos con patas largas presentan un momento de inercia mayor que aquellos con patas cortas y es por ello que los animales con patas más cortas pueden
dar pasos más rápidos.
La inercia es la propiedad de la materia de resistir a cualquier cambio en su movimiento, ya sea en dirección/sentido y/o celeridad. Cualquier cuerpo que efectúa un giro alrededor de un eje, desarrolla inercia a la rotación, es decir, una resistencia a cambiar su velocidad de rotación y la dirección de su eje de giro. La inercia de un objeto a la rotación está determinada por su Momento de Inercia, siendo ésta «la resistencia que un cuerpo en rotación opone al cambio de su velocidad de giro».
Al igual que muchos otros conceptos de Física, los alumnos pueden tener dificultad a la hora de comprenderlos. Por lo tanto, es de esperarse que los alumnos tiendan a usar el término para referirse a una gran variedad de conceptos, confundiendo; potencia, fuerza, aceleración, velocidad, momentum, energía y, el término en cuestión, inercia. Además, los alumnos también consideran que los cuerpos no necesitan de fuerza para mantenerse en movimiento. Dicen que los cuerpos se detienen porque actúa una fuerza contraria. Por esta razón es importante el uso de la experimentación para comprender el término de una forma significativa.
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En relación con la determinación del momento de inercia de sólidos rígidos tenemos el Teorema de Steiner o teorema de los ejes paralelos. Este teorema dice que conociendo el momento de inercia con respecto a un eje que pase por el centro de masas del objeto en cuestión, podemos conocer también el momento de inercia con respecto a cualquier otro eje paralelo al anterior.
Aquí os dejo un experimento relacionado con el momento de inercia y el Teorema de Steiner. Vídeo.
La inercia es una propiedad importante a la hora de diseñar los velódromos para las bicicletas. Los velódromos poseen un elevación en las curvas, denominado peralte que permite a los ciclistas mantener sus bicicletas relativamente perpendiculares a la superficie, cuando se conduce a gran velocidad. La velocidad aproximada de una bicicleta en la curva puede superar los 80 km/h. El peralte intenta hacer coincidir la inclinación natural de la bicicleta en la curva. De esta manera se logra que la inercia sea en todo momento casi perpendicular a la pista. En al siguiente vídeo sobre el funcionamiento de la bicicleta podemos ver una explicación sobre este tema
El momento de inercia tiene una gran importancia en el patinaje sobre hielo ya que influye en la velocidad de giro. Aquí os dejo un enlace en el que se describe la física de los giros en patinaje.
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Este concepto pódese exemplificar cun vídeo dos Simpson. Antes de explicar que é o momento de inercia pódese poñer este vídeo e preguntar ao alumnos por que o plátano nunca poderá gañar a mazá e a laranxa. Despois de explicar o momento de inercia pódese volver a poñer o vídeo e pedirlle outra vez aos alumnos, que antes responderon seguindo a lóxica de que o plátano non roda, que se se supuxera ao plátano como un cilindro perfecto por que tampouco podería gañar a carreira se saen todos da mesma posición. Incluso como actividade se lles podería poñer a que distancia teñen Raph que lanzar o plátano do inicio para poder gañar?, ou mesmo probalo na clase, creando un plano inclinado e lanzando distintos obxectos para ver cal chegaría antes ao plano horizontal.
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Los experimentos que se muestran ilustran muy bien el concepto de momento de inercia. En el siguiente enlace se recoge otro experimento que es semejante a los anteriores pero en este caso los propios alumnos construyen los cilindros que se van a utilizar para la experimentación. Es bueno incorporar la construcción del material a utilizar puesto que de esta manera los alumnos serán más conscientes de que se trabaja con el mismo material y la misma masa, y lo que varía es la geometría.
Otra manera de demostrar este concepto sería utilizando un monopatín. Los alumnos se tirarían por un desnivel en un monopatín adquiriendo diferentes formas con los brazos y cronometrarían su desplazamiento. Es también un experimento ilustrativo, pero puede ser peligroso por lo que mejor es utilizar los experimentos anteriores.
El momento de inercia forma parte de los contenidos de la materia de Física y Química de 1º de bachillerato, por lo que actividades manipulativas como la mostrada en este blog pueden ser adecuadas para ilustrar o introducir un concepto que los alumnos y alumnas deben conocer. Dejo un enlace a una página donde se amplía la información sobre el momento de inercia. Espero sea de utilidad!
Hola! Yo quería plantear una pregunta que me ha surgido al pensar en este experimento.
Yo recordaba el concepto de inercia como la capacidad de un cuerpo a mantenerse en su «estado», bien sea este parado o en movimiento; el concepto «momento» de inercia lo aplicaría solo a los casos en los que haya rotaciones. Entonces, con esa definición en mente, entiendo que el cilindro de mayor momento de inercia (el hueco) se «resista» más a coger velocidad, puesto que tiende a permanecer más en su estado anterior (es decir, parado). Y viceversa con el cilindro macizo, por eso lo adelanta al rodar por un plano inclinado.
Mi pregunta es: si ese plano inclinado no terminara abruptamente contra un tope/muro, sino que se convirtiera en un plano horizontal, ¿cuál de los dos cilindros recorrería una mayor distancia hasta detenerse puramente por efecto del rozamiento? Por un lado, pienso que el cilindro que lleva una mayor velocidad (el macizo) llegará más lejos, pero si pienso en lo que yo entiendo por momento de inercia, se me ocurre que el cilindro hueco de mayor momento de inercia va a tender a mantener más su estado (es decir, seguir rodando) y por tanto debería recorrer más distancia… No sé si este razonamiento es correcto o no, alguien sabría explicarlo?? Gracias.
Hola Laura, tienes razón en lo que comentas. De hecho este experimento se podría extender para explicar, también, la conservación del momento de Inercia o la conservación de la energía. Un cuerpo con un momento de inercia mayor tiende, como dices, no variar su estado en mayor medida que un cuerpo con «I» menor. En el ejemplo, si hiciésemos como dices y teniendo en cuenta un sumatorio de fuerzas externas igual para los dos cuerpos, los dos cilindros recorrerían la misma distancia. Al acabar el plano inclinado uno de ellos contaría con más velocidad y otro con mayor Inercia, pero la misma energía.
Por supuesto, si me equivoco, corregidme por favor.
Gracias!
Cuando un cuerpo rígido sigue un movimiento de translación, la resistencia a toda modificación de su movimiento es llamada inercia (se trata de su masa). Para un cuerpo rígido en rotación, esta resistencia a toda modificación de su estado es llamada su momento de inercia. Su valor depende de la geometría de la distribución de la masa con respecto al eje de rotación. Mientras más débil es este valor, más difícil es acelerarla. Para ver los momentos de inercia de las formas principales podemos usar esta página web.
Este experimento é moi ilustrativo e permite entender moi ben os conceptos que se traballan.
O movemento de rotación é aquel movemento plano no que as partículas describen traxectorias circulares centradas nun eixe fixo perpendicular ao plano dos círculos.
A rotación dos corpos atópase en moitos exemplos: columpios, péndulos, balanzas, xiro dos corpos no universo (sol, lúa, etc.), entre outros. A enerxía cinética asociase co movemento de traslación dun corpo que realiza un traballo en virtude da súa velocidade, onde se pode expresar que a enerxía cinética de rotación é a capacidade dun corpo que realiza un traballo en virtude da súa inercia rotacional xunto a súa velocidade angular.
O momento de inercia evidencia a partición de masas no momento de rotación, onde é considerable como a resistencia dun corpo acelerado linealmente. O momento de inercia dun corpo ríxido depende da súa forma e do lugar do eixe de rotación.
Por supuesto el momento de inercia es una característica muy importante a tener en cuenta en cualquier elemento que se vaya a ver sometido a una rotación. Como ciclista aficionado siempre tengo en cuenta como se encuentra distribuida la masa cuando voy a adquirir unas ruedas nuevas para mi bicicleta o cuando cambio las cubiertas. Cuanto más ligero sea el exterior de las llantas y menor sea el peso de la cubierta el conjunto tendrá un menor momento de inercia y más fácil será realizar cambios de aceleración y de dirección. Física aplicada al ciclismo!
Me parece una demostración muy interesante e ilustrativa de lo que es/como influye el momento de inercia en el movimiento de un cuerpo, porque en primer lugar, aquellos conceptos que no podemos observar/tocar/medir nos resultan muy difíciles de comprender, por lo que de primeras cualquiera que observe el distinto comportamiento de cada uno de los cilindros atribuirá el diferente resultado a que se tratan de distintos materiales, con pesos diferentes, diferente superficie de rozamiento, etc. Pero cuando todo eso es igual en ambos casos, se es consciente de que hay otra magnitud que “modifica” el resultado final: el momento de inercia. Con esta demostración se entiende qué es ese «nuevo» concepto abstracto y su importancia.
Outro experimento que se pode facer na clase sobre o momento de inercia é modificar a velocidade de rotación dunha cadeira xiratoria e acercando ou afastando unhas pesas. Se se empeza a rotar coas pesas afastadas, ao acercar as pesas diminúese o momento de inercia e auméntase a velocidade. Nesta páxina explícase ben este efecto.
La inercia es un fenómeno interesante, pues se suele tener en cuenta para muchas acciones cotidianas como conducir o bajar escaleras sin pensarlo en ocasiones.
Es interesante esta página web con una simulación con diferentes condiciones.
En un cuerpo en rotación, la resistencia a cambiar su velocidad no sólo depende de su masa, sino también de la distribución de la masa respecto al eje de giro. Cuanto más alejada está la masa del eje de giro (es decir cuanto mayor es su momento de inercia), más cuesta hacer que se mueva (cuando está parado) o que deje de hacerlo (cuando está en movimiento). Esto es lo que ocurre si pensamos por ejemplo en un bailarín, que se impulsa y se pone a girar sobre sí mismo. Si extiende sus brazos y separa las piernas, aumenta su momento de inercia, por lo que su velocidad disminuye. Si repliega sus brazos y piernas, su momento de inercia disminuye, por lo que su velocidad aumenta, sin necesidad de ejercer ninguna fuerza o par adicional
Una forma de que los alumnos experimenten en sus propias carnes el concepto de momento de inercia es sentarlos en una silla de oficina giratoria con unas pesas, hacer girar la silla y pedirles que alternativamente extiendan sus brazos alejando las pesas (mayor momento de inercia) y acercando las pesas a su cuerpo (menor momento de inercia), y que sientan como cuando el momento de inercia es menor la velocidad de giro aumenta.
Comparto un breve vídeo dónde se explica el momento de inercia también con dos cilindros. Me parece un experimento que al llevarlo a la práctica en el aula sería más fácil de entender por los alumnos ya que pueden observar mejor la diferencia de distribución de la masa de ambos cilindros y además, podrían fabricarlo ellos mismos.
Según nuestra experiencia cotidiana, estamos más habituados a experimentar la inercia en cuerpos sometidos a traslación que en cuerpos sometidos a traslación, y el tipo de problemas de tecnología y física que se hacen en el instituto, no ayudan. El típico problema de un polipasto: ¿en ausencia de rozamiento qué fuerza hay que aplicar para elevar un objeto de masa M si tengo un polipasto de 5 poleas? Desde luego, no la quinta parte (pero casi), porque las poleas están rotando y tienen masa y también hay que aplicar una fuerza para rotarlas.
Me gustaría destacar, a modo histórico, el regulador centrifugo que es un mecanismo que sirve para regular la velocidad de rotación. Está compuesto por 2 masas en rotación alrededor del eje. Al aumentar la velocidad de giro, las masas se separan del eje de giro, y por tanto, aumentan el momento de inercia lo que hace reducir la velocidad del eje. Este regulador formaba parte del escudo de la Escuela Superior de Ingenieros Industriales, y me parece un ingenio genial, por su sencillez y funcionalidad.
Aquí vemos como dos cilindros de igual masa, forma y tamaño dependen del propio eje de giro y no de fuerzas externas. De este modo se desplazan de un modo diferente debido a la organización de su momento de inercia, y hace ver a los alumnos que aunque la masa de ambos sea la misma su organización ayuda a que uno vaya más o menos rápido. Gracia y un saludo
Este experimento me gusta particularmente porque aporta nuevas formas de explicar el momento de inercia y su influencia en la rotación de los cuerpos. En nuestra clase nuestra profesora nos lo explicó dando vueltas a una silla de oficina con un archivador en cada mano. Pudimos experimentar cómo influía en la rotación abrir y cerrar los brazos, es decir, distribuir la masa del objeto en rotación alejándola y acercándola al centro. Creo que es algo que no se me va a olvidar nunca, un ejemplo más de que la experimentación ayuda enormemente a afianzar conceptos.
La aplicación del momento de inercia al campo de la arquitectura o ingeniería civil ha permitido construir estructuras mucho más eficientes. Por ejemplo, se han conseguido fabricar vigas con mayor resistencia a la flexión, pero utilizando menor material. Dependiendo de la geometría del perfil del elemento estructural, su momento de inercia será mayor o menor. Dado que la tensión debido a la flexión sobre una viga es inversamente proporcional a su momento de inercia, cuanto mayor sea esta última, menor será la tensión a la que está sometida la viga y, por tanto, mayor será su resistencia. Un ejemplo aclaratorio de la mayor o menor eficiencia de una viga según su perfil sería el hecho de que un perfil IPE 180, de peso 18,8 kg/m, tiene un momento de inercia con respecto al eje x de 83,2 cm3. En cambio, un perfil HEB100, con un pesor mayor, 20,4 kg/m, tiene un momento de inercia con respecta al mismo eje de 52,1 cm3, notablemente inferior al anterior.
Es particularmente interesante y que puede que al ser realizado en el aula por los alumnos despierte en ellos esa pasión necesaria para dedicarse a la ciencia.
Esta paréceme unha maneira moi clara e interactiva de comprender o momento de inercia, de que un corpo rotará en función non só da súa masa, senon do alexada que esa masa esté do centro de rotación. Existen numerosas aplicacións na vida cotiá onde se utiliza este fenómeno, como por exemplo os buratos dos tambores das lavadoras, que serven para centrifugar a roupa cando está xirando a moita velocidade.
Paréceme un experimento moi divertido para levar á aula e moi fácil de reproducir na casa. Da mesma maneira, é moi interesante posto que desmonta a creencia moi extendida de que únicamente o feito de que un obxecto con maior masa é o que provoca que este vaia máis rápido. Porén, introdúcese de maneira moi didáctica o concepto do momento de inercia no que se fundamenta este experimento.
Al hilo de esto, me picó la curiosidad sobre un tipo de rueda que se ve a veces en ciclismo que es totalmente opaca. Le di una vuelta e investigué un poco y parece que se pueden usar más que nada en circuitos en los que deban acelerar continuamente y no mantener una velocidad constante, o en aquellos donde la aerodinámica sea fundamental. En caso contrario, el momento de inercia de las ruedas tubulares ayuda a mantener una velocidad constante, lo que es útil en trayectos largos por carretera.
Me gusta este experimento porque destapa un poco falsas creencias que pueden tener los estudiantes como de que los objetos más pesados caen más rapido, choca un poco ver que el cilindro más ligero se mueve más rápido pero una vez se analiza y comprende el momento de inercia todo cobra sentido. Me gustaría aportar un trabajo donde se proponen unos modelos o prototipos para ilustrar el momento de inercia y otros conceptos, precisamente en estudiantes.
La inercia siempre me la han explicado mediante la sensación que se tiene al ir en transporte público, especialmente cuando este frena. Hay muchos recursos en línea sobre este fenómeno, como este vídeo.
En respuesta al comentario de Inés, me gustaría aclarar la diferencia entre dos conceptos que se llaman casi iguales. Inercia y momento de inercia. La INERCIA es la *tendencia* de un cuerpo a seguir moviéndose en movimiento rectilíneo uniforme, o lo que es lo mismo la *resistencia* de un cuerpo a ser acelerado en una traslación. Esto es según la segunda ley de Newton, la masa. Cuanta más masa, más resistencia a cambiar de movimiento. No confundir con el MOMENTO DE INERCIA. El momento de inercia se llama así porque es el primer momento de la masa, o lo que es lo mismo, el primer momento de la inercia. El momento de inercia es un tensor y refleja la resistencia a ser rotado entorno a un eje dado.
Imaginemos dos objetos con la misma masa, por ejemplo dos cajas, Una caja tiene objetos muy pesados y pequeños en el fondo, y la otra objetos igual de pesados pero extensos, que ocupen toda la caja. El momento de inercia es diferente y la masa la misma. Entonces la resistencia a ser empujado es *la misma* pero la resistencia a ser volcado o girado es *diferente*.
O concepto de inercia é moitas veces difícil de figurar. Debemos entender que a inercia dun rectángulo é maior que a de un triángulo de dimisións semellantes pero habitualmente isto recíbese como un dogma, sen pararnos a pensar o porqué. Ademais o concepto de inercia axuda a complementar a comprensión de moitos sistemas mecánicos, de moitas tecnoloxías como o volante de inercia de un motor, o cinturón de seguridade ou problemáticas como o frenado dun tren.
Se me ocorre como outro exemplo tirar rápido dunha manta fina que teña sobre ela obxectos de alta inercia, e outros que non, vendo cómo os de maior inercia mantéñense erguidos
Cuando estudiba 4ESO, uno de mis mejores amigos siempre inventaba melodías para ayudarnos a recordar las definiciones más complicadas, de cualquier materia, y coincide que una de ellas era sobre la inercia: la tendencia que tiene cualquier cuerpo a mantener su estado de reposo o de movimiento (han pasado 8 años y gracias a eso todavía la recuerdo). Sin embargo, haber realizado en aquel momento en clase algún tipo de experimento como este, tal vez nos hubiera ayudado a recordar algo más que la definición, o nos hubiera permitido comprenderlo de una forma más amplia, porque leyendo el comentario de Martín, veo que tengo todavía bastante poco interiorizadas las diferencias entre inercia y momento de inercia.
El momento de inercia es un concepto bastante complejo que incluso en grados de universidad puede complicar la vida al alumnado. Esta experimento es muy habilidoso a la hora de demostrar de manera practica como influye el momento de inercia. En un ámbito más profesional, podría usarse en arquitectura para explicar los diferentes momentos de inercia de las diferentes secciones de perfiles metálicos. Es una manera más simple de entender como la geometría de una viga puede ayudar a una estructura.
Una forma muy ilustrativa para explicar este concepto al alumnado es hablándoles sobre los columpios que giraban, donde seguro que todos y todas jugaron de pequeños. No sabíamos sobre el momento de inercia, pero teníamos claro que para que el columpio girase más rápido sin necesidad de impulsarlo con la pierna, todos y todas teníamos que echar nuestro cuerpo hacia el exterior, mientras nos agarrábamos bien a las barras. Lo que estábamos haciendo sin saberlo era aumentar el radio de giro, haciendo que aumentase la velocidad.
Un experimento muy atrayente para poder desarrollar una actividad práctica con los alumnos en el aula. Comparto este vídeo con el que también podríamos explicar los principios inercia con un huevo crudo y otro cocido.
Muy interesante esta propiedad, los ciclistas la utilizan para el diseño de sus ruedas. Así los ciclistas que corren en pista donde apenas hay giros con el manillar y el objetivo es alcanzar la mayor velocidad siempre usan bicicletas con ruedas sin un hueco en el espacio de los radios.
Este experimento me ha gustado por su simpleza, y se ve perfectamente que un objeto con más masa va a tener mayor energía cinética que uno con menos. Por ejemplo una pelota de bolos va a tener mayor energía cinética que una pelota de fútbol aunque estas dos sean del mismo radio, debido a que la de bolos tiene más masa.
Muy bueno el experimento de los cilindros y su relación entre la velocidad de giro y el momento de inercia. Recuerdo la primera vez lo vi en el museo de ciencia NEMO en Ámsterdam. Estaría bien que en el vídeo mostraran que ambos cilindros tienen la misma masa.
La inercia y la masa se relacionan mediante la primera ley de Newton, la cual nos dice que un cuerpo permanecerá en reposo hasta que una fuerza lo modifique. Para modificar este estado, hay que vencer a la inercia del objeto, la cual es la propiedad de mantener el estado inicial del objeto. Ejemplo muy ilustrativo donde se ve la relación de masa e inercia!
O momento de inercia é un concepto que me custara entender no seu momento, quizais porque daquela non vira vídeos coma este. O único que boto en falta é unha imaxe na que se comprobe que a masa dos dous obxectos é igual (situándoos nunha balanza), que é unha premisa do experimento. Asumimos que é así, pero nunca está de máis evidencialo 🙂
La aplicación de este concepto que más me impresionó, quizás por el peligro que conlleva, es la utilizada por los equilibristas cuando, por ejemplo, se disponen a ir de la azotea de un edificio a otra que se encuentra a una distancia considerable. Para ello, emplean simplemente una cinta de nailon o poliéster de unos 5 centímetros de ancho y una varilla que les permite controlar la inercia rotacional, ya que cuanto más larga sea la varilla, más difícil será para el equilibrista rotar sobre la cinta y, consecuentemente, caerse.
Estos experimentos explican a la perfección el concepto de inercia (propiedad que tienen los cuerpos de crear resistencia que opone la materia a que se modifique su estado de movimiento, incluyendo cambios en la velocidad o en la dirección del movimiento). Dejo tres ejemplos de la vida real que me parecieron originales y fáciles de entender.
Muy interesante para iniciar a los estudiantes de secundaria en principios básicos de la física para que entiendan mejor y puedan asimilar y aprender el concepto.
Vídeos muy explicativos del momento de inercia.
Me recuerdan que el momento de inercia era un factor que teníamos en cuenta a la hora de seleccionar los materiales y de realizar el diseño de las carrilanas que hacíamos en nuestra etapa adolescente.
Nos interesaba que la carrilana acelerara lo máximo posible cuesta abajo, por ello, teníamos en cuenta la eficiencia en la aceleración. Un diseño que minimiza el momento de inercia puede ayudar a que la carrilana acelere más eficientemente cuesta abajo, de ahí la importancia de los materiales y el diseño. Un menor momento de inercia significa que la energía se utiliza de manera más efectiva para propulsar la carrilana.
Experimento sencillo para realizar en el aula y comprender el concepto de momento de inercia. En este video se realiza un experimento similar, y proporciona una explicación sencilla y breve sobre la teoría que hay detrás del momento de inercia.
Experimento muy interesante. Al buscar información sobre el tema encontré relación entre este experimento explicando la inercia y la ley de conservación de la energía. La ecuación que relaciona la energía cinética con el momento de inercia y la velocidad final de los cilindros refleja la conservación de la energía total del sistema. Esto recuerda al principio de conservación de la energía en sistemas mecánicos, donde la energía total (cinética y potencial) se mantiene constante en ausencia de fuerzas no conservativas. Viendo lo importante que resulta la geometría para la inercia, se podría mejorar la eficiencia o el rendimiento de sistemas rotacionales como ruedas o el volante de un coche aplicando esto.
Bo exemplo para que o alumnado entenda que os momentos de inercia dependen da xeometría e da posición do seu centro de xiro. Debido a eles pódense dar efectos curiosos como o teorema da raqueta de tenis.
En la página web del Exploratorium, el museo de ciencia, tecnología y artes de San Francisco, se describe este mismo experimento, y se amplia información explicando cómo puede influir en la aceleración de un coche el tipo de ruedas que tenga. En la página web de este museo se pueden encontrar más experimentos relacionados con física y biología
La inercia puede ser verificada y experimentada a través de numerosos ejemplos. Uno de los que se emplea diariamente por la mayoría de las personas es el del uso del cinturón de seguridad en los vehículos. Cuando un vehículo se desplaza a una velocidad constante, sus pasajeros comparten con él esta velocidad. Pero si el conductor detiene de golpe el vehículo (o choca con otro que le impide continuar su trayectoria), los pasajeros sentirán el empuje de la inercia que los hace mantener el movimiento que tenían antes de la detención, arrojándolos hacia adelante. Entonces interviene el cinturón de seguridad, que vence la inercia e interrumpe su movimiento, evitándoles golpear con el parabrisas.
Sin duda es el mejor experimento posible, a mi parecer, para explicar el momento de inercia. En el siguiente link, un video corto, te explica muy bien el momento de inercia, incluyendo este experimento, así como aportando ejemplos del momento de inercia en la vida real.
Con un sencillo experimento se explica el momento de inercia sobre dos objetos sencillos en una clase clase; observamos claramente la importancia de la geometría en dos objetos de igual masa y podemos entenderla aplicando las fórmula para calcular el momento de inercia de un cilindro rígido I=1/2mr2, y la fórmula del momento de inercia de un cilindro hueco es I=mr2, y darle una lectura teórica al experimento. Un cálculo muy utilizado en infraestructuras para diseñar puentes y en edificación para calcular estructuras.
Otra manera interesante de demostrar el concepto de momento de inercia es mediante el uso de una silla giratoria y pesas. Este experimento permite a los estudiantes experimentar directamente los efectos del momento de inercia en sus propios cuerpos:
Se sienta a un estudiante en una silla de oficina giratoria.
Se le entregan dos pesas, una para cada mano.
Se hace girar la silla con el estudiante extendiendo los brazos y sosteniendo las pesas.
Luego se le pide que acerque las pesas a su cuerpo mientras sigue girando.
Al acercar las pesas al cuerpo, el momento de inercia disminuye, lo que resulta en un aumento notable de la velocidad de rotación. Esto ocurre debido a la conservación del momento angular.
Este experimento es muy efectivo porque:
Es interactivo y permite a los estudiantes sentir físicamente el efecto del cambio en el momento de inercia.
Demuestra claramente cómo la distribución de la masa afecta la rotación.
Es fácil de realizar en un aula con materiales comunes.
Puede relacionarse con ejemplos de la vida real, como los giros de los patinadores sobre hielo.
Esta demostración práctica ayuda a los estudiantes a comprender de manera intuitiva y memorable el concepto de momento de inercia y su relación con la velocidad angular en los movimientos de rotación.