lunes, 8 de diciembre de 2008

No saber Ciencia es peligroso

La gran mayoría de la gente encuentra la ciencia como algo más bien de frikis y sin ninguna utilidad práctica. Pues bien, hoy vamos a comprobar con un sencillo vídeo como la ciencia puede evitarnos algún que otro susto si no tenemos la cabeza únicamente de adorno, es decir, si razonamos. El motivo principal de esta entrada ha sido el hilo creado en HomoScience sobre "Vídeos de Internet" en el que apareció el vídeo que os dejo a continuación.



Y este otro vídeo es de propina:



Explicación física
Si las chicas del primer vídeo, o el chico del segundo, que están metidos dentro del "tiovivo" hubieran sabido un poco de física se hubieran dado cuenta que lo que estaban a punto de hacer era muy peligroso. La razón es una caprichosa fuerza que actúa siempre que hay un movimiento circular llamada fuerza centrípeta; no confundir con fuerza centrífuga, que es ficticia (sistemas no inerciales) y va en sentido contrario.

Dicha fuerza centrípeta apunta siempre hacia el eje de giro y es proporcional al cuadrado de la velocidad tangencial e inversamente proporcional a la distancia a la que estemos del eje. O lo que es lo mismo, proporcional al cuadrado de la frecuencia angular y a la distancia al eje de giro. Esto qué quiere decir?? Pues que cuanto más rápido giremos (mayor velocidad angular) y más alejados estemos del eje de giro mayor será dicha fuerza.

Lo que hace que el cuerpo salga disparado de la plataforma giratoria es un simple problema de lógica. Nosotros somos capaces de sujetarnos a la plataforma con una determinada fuerza. Si la plataforma gira con una velocidad superior a la que podemos soportar, es decir la fuerza con la que nos agarramos no es suficiente para mantenernos sujetos (recordad que esta fuerza centrípeta es proporcional al cuadrado de la velocidad), nos vamos a soltar y la velocidad tangencial que llevamos nos va a hacer salir disparados tangencialmente.

Vamos a hacer unos pocos cálculos para comprobar la velocidad que sería necesaria para ello y como siempre en física tenemos que especular un poco y dar algunos valores previos. Vamos a suponer que cada una de las chicas del primer vídeo pesa unos 55 kg, no se si es mucho o poco porque no estoy puesto en temas del peso de una mujer, pero bueno, para los cálculos tampoco nos influye demasiado. Otra suposición que vamos a hacer es que se encuentran a unos 30 cm del eje de giro de la plataforma (están realmente cerca así que creo que este valor es razonable). Y por último vamos a estimar la fuerza que pueden llegar a hacer con los brazos, es decir, la fuerza con la que pueden agarrarse a la plataforma giratoria. Voy a ser bastante generoso y les doy a dar una fuerza máxima de 1000 N, es decir son capaces de aguantar casi dos veces su peso. Con unos simples cálculos comprobamos que con que la rueda de la moto se mueva con una velocidad tangencial de 8,5 km/h las chicas ya no serían capaces de sujetarse y saldrían despedidas.

Si con 8,5 km/h ya salen despedidas imaginaros si el motero llega a acelerar la moto un poco más... En definitiva, que la física no es tan inútil como puede parecer a simple vista y, aunque hacer cosas como las de los vídeos pueden ser divertidas, siempre hay que pensar con la cabeza los posibles peligros que pueda haber. En este caso tenemos que con una velocidad bastante pequeña (ni siquiera 10 km/h) podemos salir disparados de la plataforma giratoria a una velocidad lo suficientemente grande como para hacernos daño, ya sea golpeándonos contra el suelo, contra las barras del "tiovivo" o contra cualquier otro obstáculo.

Equilibrio y visión
Y no solamente es conveniente conocer un poco de física, sino que también nos puede ayudar conocer cómo funciona nuestro organismo. Por ejemplo, conocer en qué nos solemos basar para mantener el equilibrio nos puede ayudar a entender mejor qué ha sido lo que le ha pasado a la chica del vídeo. Y es que para mantener el equilibrio nos servimos en gran medida del sentido de la vista. Hay diferentes experimentos clásicos que nos pueden ayudar a entender cómo nos mantenemos en pie.

El experimento del cuarto balancín
Hay un experimento clásico que consiste en meter a una persona en un cuarto cuyas pareces se mueven. Es decir, que se mete a una persona en un lugar donde todas las referencias del lugar se mueven. Imagina que te encuentras en una habitación y todo comienza a moverse hacia delante y hacia atrás. Todo menos el suelo. ¿Cómo reaccionarías en una situación así? ¿Qué ocurrirá con los demás?

Lo que ocurrió en tal experimento es que las personas que fueron metidas en el cuarto con paredes que se movían, ponían en práctica acciones correctoras para mantener el equilibrio. Dichas acciones lejos de servir para mantenerse en pie, llevaban a que la persona se cayera al suelo. Las acciones hubieran sido adecuadas en un entorno real, pero no en un cuarto en el que sólo se movían las paredes y por tanto las referencias, y donde el suelo permanecía totalmente quieto.

Podemos sacar una conclusión, y es que la visión es una ayuda para que podamos mantener de forma eficiente el equilibrio, y evitar así darnos más de un tortazo.

Haz la prueba
Prueba por ti mismo, ahora mismo en tu casa. Ponte de pie y sobre una pierna. El pie que no tengas apoyado en el suelo puedes subirlo y apoyarlo a la altura de la rodilla por la parte de atrás. Quédate así un rato en equilibrio. ¿Qué tal? ¿Es fácil?

Ahora probemos a hacerlo exactamente igual pero con los ojos cerrados. ¿Qué tal? ¿Es más fácil o más difícil? Si eres como la mayoría de los mortales, te resultará más fácil hacerlo con los ojos abiertos, y esto es debido a que la visión nos ayuda a mantener el equilibrio.

Volviendo al ejemplo del vídeo, el hecho de girar con tanta rapidez nos llevará a una situación, en la que difícilmente podremos usar el sentido de la vista para mantener el equilibrio, ya que lo que veremos será "todo girando a gran velocidad". Así que en tal situación será mucho más fácil que nos acabemos soltando y salgamos disparados.

Por lo tanto, no se trata sólo de un problema de fuerzas, de que nuestros brazos sean incapaces de sujetarnos a la barra de metal (vamos, de poder generar la fuerza centrípeta con nuestros músculos). Se trata de que estemos en disposición de hacerlo. Si tenemos que vencer una fuerza estando parados, lo tenemos mucho más fácil. Contraemos los músculos del brazo, fijamos el brazo al hombro, y la espalda a las piernas. Si necesitamos fuerza adicional, ponemos en funcionamiento más palancas de nuestro sistema musculoesquelético: espalda, cadera, rodillas, etc. Para tomar una actitud en tensión pero equilibrada, las posiciones y los movimientos tienen que estar coordinados. Para eso es fundamental, como decíamos, el sistema visual. Cuando carecemos de éste, nos ayuda el sentido del equilibrio (que está en nuestro oído) y la propia información que nos dan los músculos y tendones.

Si estamos girando a gran velocidad, la visión deja pronto de ser de utilidad, y nos sujetamos a la barra con ciertas dificultades. Conforme vamos girando más rápido, necesitamos sujetarnos mejor, hacer más fuerza. Coincide que tenemos que tomar una posición más complicada, y la poca información que recibimos para mantener el equilibrio deja de ser fiable. El oído interno va tan acelerado que no nos da una información real, y los propios músculos giran a demasiada velocidad y ya no sabemos la posición y tensión de nuestro cuerpo. Perdemos la noción de nuestra propia posición y movimiento: no nos damos cuenta si tenemos el brazo estirado o doblado, si estamos sujetando la barra con firmeza o suavidad. No sabemos si estamos venciendo esa fuerza que nos arrastra, o la fuerza nos vence. Con lo cual, no podemos sujetarnos eficazmente a la barra. Tal es el grado de desorientación, que sería como soltarnos. Por eso en el vídeo las chicas salen como disparadas: no es que la fuerza que les hace salir despedidas se origine de repente: se están sujetando bastante bien hasta que están tan desorientadas que no pueden sujetarse más.

Para evitar cualquier problema, ya sabes, a aprender algo de ciencia :)

Saludos ;)

Artículo escrito por Wis, Ocularis, y Héctor.

Ilusionismo y psicología
Construyendo un cañón de Gauss

9 comentarios:

Carlos Lobato dijo...

Y muchas veces preguntan los alumnos ¿Esto pa'que vale? ¿Pa'qué damos física/matemáticas/química/biologíasi eso no vale pa'na?
¡Muy bueno y muy ilustrativo chicos! ;)

Wis_Alien dijo...

Gracias Carlos :)

Diles a tus alumnos que se pasen por aquí y así ya resuelven todas sus dudas sobre porqué estudiar ciencias en general.

Saludos ;)

Héctor dijo...

Gracias Carlos. Tus alumnos quedan invitados a pasarse, me sumo a lo que dice Wis ;)

Eugenio Manuel dijo...

¡Qué va a ser inútil la física! Un artículo muy bueno, sí señor. Felicidades por lo currado que está.

Sophie dijo...

Chapeau por el artículo, es el vivo ejemplo de que toda la Ciencia que se aprende sirve para algo; quizá en un futuro muy muy cercano no sirva de mucho aparte de para aprobar exámenes xD pero más adelante nos puede ayudar más de lo que nosotros mismos pensamos, combinando esos conocimientos con el sentido común (que suele ser el menos común de los sentidos). Muy currado, felicidades a los autores por la entrada que os habéis marcado, aquí está subiendo mucho el nivel ;)

Gouki dijo...

como se puede poner aplausos con letras?

creo que de pequeño me meti en una de esas atracciones donde habia habitaciones como las que nombrais, la verdad es que me gustaria volver a probar.

Wis_Alien dijo...

Gouki, con que pongas "BRAVO, BRAVO!!" creo que todos entendemos que nos estás alabando. xDD :P

Yo nunca he estado en una habitación de esas, pero me gustaría probar. Espero no matarme... xDD

Eugenio y Sophie: gracias ;)

myself dijo...

Que buena pieza de ciencia.

Suena hasta gracioso y simple. Siempre es bueno aprender de esa manera. Ojalá que muchos se animaran a escribir y colaborar de esta manera.

Excelente. Simplemente, excelente.

Héctor dijo...

Gracias a todos ;)