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Domingo 11 de Junio de 2017

Juguetes en el escritorio

Todos, hasta el presidente de la Nación, han enloquecido con el spinner, un juguete giroscópico que invadió aulas, patios de recreo y redes sociales. Su llegada nos recuerda a una familia de entretenimientos surgida hace casi cincuenta años.

Alrededor de 1970 se pusieron de moda los llamados "juguetes para ejecutivos". Se trataba de pequeñas piezas de arte y diseño que los ejecutivos tenían sobre su escritorio y cuya observación, de alguna manera, los distraía y relajaba. Por lo general, su funcionamiento encerraba algún fenómeno físico curioso e interesante y en eso, justamente, consistía su atractivo. Entre los más comunes estaban el péndulo de Newton y el pajarito bebedor.

Péndulo de Newton

El péndulo de Newton consiste en un bastidor de alambre del que cuelgan cinco esferas metálicas. Todas a la misma altura y una al lado de la otra. Si se alza una de las esferas de los extremos y se la deja caer, esta esfera choca contra la segunda, la segunda contra la tercera y, así sucesivamente, hasta que la quinta y última esfera sale despedida, aproximadamente a la misma altura desde la que se dejó caer la primera. Como si la energía del choque viajara, golpe tras golpe, a través de la línea de esferas.

Luego la quinta esfera cae contra la cuarta, la cuarta contra la tercera y, así sucesivamente, hasta llegar nuevamente a la primera. En condiciones ideales, la serie de choques y vaivenes se repite indefinidamente pero, debido a las inevitables pérdidas de energía en los choques, el movimiento cesa al cabo de unas cuantas idas y venidas.

Mucho antes de popularizarse como juguete para ejecutivos, el péndulo de Newton se usaba en los cursos de física para mostrar la transferencia de energía en un choque. Para entender este fenómeno, imaginemos un péndulo de solamente dos esferas, colgando ambas de un soporte común, a la misma altura.

Si levantamos una de las esferas, apartándola de su posición de equilibrio, le estamos dando energía potencial, o "de posición", como resultado de llevarla a una cierta altura respecto de su posición inicial. Al soltarla, la esfera comienza a caer, de regreso a la posición de equilibrio. La esfera cae cada vez más rápido, a medida que pierde altura. Decimos entonces que la energía potencial se convierte en energía cinética, o "de velocidad".

Cuando la primera esfera choca contra la segunda, le transfiere toda su energía. La primera esfera, sin energía, queda detenida y la segunda sale despedida. Si no consideramos las pérdidas de energía, la segunda esfera alcanzaría la misma altura desde la que se dejó caer la primera. Luego la segunda esfera cae de regreso chocando contra la primera, le transfiere toda su energía, repitiéndose el proceso una y otra vez.

Ahora consideremos un conjunto de tres esferas. Como antes, la primera esfera se deja caer contra la segunda y le transfiere su energía. La segunda choca luego contra la tercera y le transfiere, a su vez, la energía que recibió de la primera. El tiempo entre el primer choque y el segundo es tan breve que todo pasa como si la energía pasara instantáneamente de la primera a la tercera esfera.

Podemos extender el proceso a una serie de muchas esferas: la primera choca contra la segunda, la segunda contra la tercera y, así sucesivamente, hasta que la última de las esferas sale despedida hacia un lado.

Los principios físicos del péndulo de Newton fueron enunciados en del siglo XVII por el físico francés Edme Mariotte (el de la ley de Boyle-Mariotte). Son, esencialmente, las leyes de la mecánica de Newton. En un trabajo publicado póstumamente en 1702, el holandés Christiaan Huygens usó péndulos para explicar los procesos de transferencia de impulso y energía durante un choque.

En 1967 la empresa Scientific Demonstration Ltd. produjo una versión en madera que se vendía como juguete para ejecutivos con el nombre de Newton's Craddle (cuna de Newton). La versión moderna, en metal cromado, se atribuye al escultor y director inglés Richard Loncraine.

El pajarito bebedor

El pajarito bebedor es un juguete que "anda solo". No lleva pilas, no hay que enchufarlo, ni darle cuerda. Es de lo más parecido que podemos encontrar a una máquina de movimiento continuo.

Consiste en un tubo de vidrio con dos recipientes cilíndricos, como bulbos de un termómetro, en los extremos. Uno representa la cabeza del pajarito y, el otro, el cuerpo. El pajarito está parcialmente lleno de un líquido muy volátil que se expande a temperatura ambiente.

Inicialmente el pajarito se dispone de forma vertical, con el líquido en el recipiente inferior, y puede girar sobre un eje horizontal, como un subibaja. Además, la cabeza está cubierta con una funda de paño que se mantiene húmeda.

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A medida que el líquido se expande por el calor del ambiente, sube por el tubo hacia el recipiente superior. Esto hace que el pajarito se incline hacia delante, hasta que el líquido llega a la cabeza y se enfría. Entonces el líquido se contrae, vuelve al recipiente inferior y el pajarito recupera su posición vertical. Entonces el proceso se repite una y otra vez, sin fuente aparente de energía.

Por supuesto, las máquinas de movimiento continuo no existen y la energía que mueve al pajarito debe salir de alguna parte. En realidad, el pajarito funciona gracias a la diferencia de temperaturas entre el ambiente cálido y la cabeza del pajarito, fría por efecto del paño húmedo. En algún momento, el paño se seca, la cabeza del pajarito alcanza la misma temperatura que el cuerpo y el movimiento se detiene. Para prolongar la duración del juego, el pajarito se dispone junto a un recipiente con agua. Cuando el pajarito se inclina, la cabeza toca la superficie del agua y mantiene húmedo el paño. Pero, de nuevo, en algún momento el agua del recipiente se acaba y el movimiento se detiene.

Han existido, y existen todavía, muchos más de estos juguetes. El spinner es el ejemplo más reciente. ¿Ha jugado el lector con alguno de ellos?

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