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Categories:
Mechanics.
Authors:
Objectives:
Observar cómo acelera solamente el cuerpo al que se aplica la fuerza
Materials:

Un naipe, una moneda y una botella con pesas en el fondo para que no se caiga

Assembly Time:
ninguno
Description:

1.- Colocar el naipe sobre la boca de la botella y la moneda sobre el naipe, donde se encuentra la embocadura de la botella.

2.- Con el pulgar, impulsar el naipe para desplazarlo de golpe de su posición. El naipe sale disparado pero la moneda permanece en reposo y cae dentro de la botella. 

Explicación

La fuerza de nuestro dedo se aplica sobre el naipe. Siempre que la fuerza de rozamiento del naipe con la moneda sea despreciable, el naipe es acelerado, pero la moneda permanece con velocidad nula, ya que no se aplica ninguna fuerza sobre ella (principio de inercia o primera ley de la dinámica). Esta es una versión simplificada del truco del mantel que se retira de la mesa, mientras los platos, vasos y cubertería apoyados encima permanecen donde estaban (ver figura arriba)

El sistema se puede modelizar suponiendo dos cuerpos, uno encima de otro, que trataremos como partículas puntuales. A continuación, aparece la representación de cuerpo libre con todas las fuerzas que actúan sobre cada uno (fuerzas gravitatorias Fg, fuerzas de contacto normales N entre los bloques y con el suelo, fuerzas de rozamiento entre bloques 1 y 2 y del bloque 1 con el suelo y fuerza aplicada F). Además, aplicamos la 2ª ley de la dinámica a cada partícula i=1,2 del sistema (Fneta,i=miai):

 

 

 

 

Según la ecuación 2A, si la fuerza de rozamiento    MathML (base64):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  (entre naipe y moneda) es despreciable, la aceleración a2 de la moneda es nula, y solo acelera el naipe, con    MathML (base64):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    ( ≈F/m1  si también fr,s1 es despreciable).

Se elige precisamente un naipe porque su superficie es muy lisa y el coeficiente de rozamiento con la moneda es pequeño. Esto se puede verificar colocando la moneda sobre el naipe horizontal e inclinándolo para ver el ángulo a para el que desliza la moneda (el coeficiente de rozamiento estático es  MathML (base64):PG1hdGggbWF0aHNpemU9IjE1Ij4KICAgIDxtaT4mI3gzQkM7PC9taT4KICAgIDxtbz49PC9tbz4KICAgIDxtaT50ZzwvbWk+CiAgICA8bWk+JiN4M0IxOzwvbWk+CjwvbWF0aD4=. El coeficiente dinámico sería aún menor).

Comentaris:

Ver el video de extracción de mantel con la mesa puesta encima

https://www.youtube.com/watch?v=f3FDidsjJnA