En el siguiente experimento virtual, se ilustra la situación anterior mediante un problema sencillo: la caída de un insecto en un disco de vinilo que se encuentra girando. Para hacer posible la visualización de los puntos de vista de un observador inercial y de otro no inercial, se incluyen dos cámaras. Una fija respecto de un observador fijo (inercial) y otra que se mueve con él (siendo ésta la cámara no inercial).
En función de los parámetros de entrada, se pueden dar varias situaciones:
Una vez que el insecto cae, pueden ocurrir dos cosas en función de la relación entre la fuerza de rozamiento máxima y la fuerza centrípeta requerida: que comience a girar con el disco o que quede estático en la misma posición en la que cae.
En el caso de que el insecto comience a girar con el disco, el experimento continúa y, tras cinco segundos en los que el insecto no se mueve respecto del disco, el insecto comienza a desplazarse hacia el centro del disco a consta de su energía interna a una velocidad constante.
Posteriormente, se pueden dar dos posibilidades: que el insecto siga avanzado hasta el borde del lado contrario al que cayó o que llegue un punto en el que deje de moverse con el disco y salga despedido hacia fuera.
La caracterización de la situación física viene dada en función de una serie de parámetros de entrada:
Masa del insecto: es la masa del insecto expresada en gramos.
Radio de caída: es la distancia respecto al centro del disco a la que cae el insecto. Está expresada en centímetros y puede llegar hasta un máximo de 20 cm que es el radio del disco de vinilo. Conforme se varíe este parámetro, antes de empezar la simulación, un apuntador móvil nos indica en la imagen la distancia del centro a la que corresponde el valor introducido.
Velocidad del insecto: es la velocidad constante a la que se moverá el insecto hacia el centro, en el caso de que haya comenzado a girar con el disco tras la caída en el mismo, hacia el centro. Viene dada en cm/s.
Velocidad del disco: en vueltas por segundo, es la velocidad a la que gira el disco de vinilo antes de que caiga el insecto.
Coef. de rozamiento: es el coeficiente de rozamiento estático de la superficie del disco.
Los datos de salida correspondientes a los datos de entrada anteriores son:
Velocidad del disco: es la velocidad en vueltas por segundo a la que gira el disco en cada instante de tiempo.
Radio crítico: para los parámetros de entrada, es el punto del disco en el que el insecto saldría despedido hacia fuera. Puede ocurrir que sea mayor que el propio radio del vinilo. En este caso, el insecto no saldrá despedido hacia fuera en ningún momento y seguirá su avance hacia el borde del disco. Por otra parte, si el insecto no se mueve de la posición en la que caiga también aparecerá un radio crítico, pero éste no será alcanzado nunca por el insecto, ya que no es capaz de iniciar el movimiento.
Antes de comenzar la simulación es posible elegir la cámara desde la que se verá el proceso. En el caso de la cámara fija, el movimiento se observa desde un sistema de referencia inercial, es decir, en reposo. Para ilustrar la situación, se incluye una rosa de los vientos que permanece inmóvil a lo largo de la simulación. Por otro lado, la cámara móvil ilustra el proceso siguiendo al disco en su giro. En este caso, se observa cómo los puntos cardinales giran alrededor del vinilo, lo que muestra que un sistema de referencia gira respecto al otro.
El experimento se inicia cuando se pulsa el botón “Lanzar insecto”. En cualquier momento de la misma puede ser pausada mediante el botón “Pausar”.
Se sugieren algunos parámetros de entrada para la simulación:
Insecto que no gira con el disco: Masa del Insecto = 36, Radio de caída = 8, Velocidad del insecto = 1.2, Velocidad del disco = 0.7 y Coef. de rozamiento = 0.01.
Insecto que gira con el disco y se ve desplazado hacia fuera al llegar al radio crítico: Masa del Insecto = 36, Radio de caída = 8, Velocidad del insecto = 1.2, Velocidad del disco = 0.7 y Coef. de rozamiento = 0.23.
Insecto que no gira con el disco: Masa del Insecto = 36, Radio de caída = 8, Velocidad del insecto = 1.2, Velocidad del disco = 1 y Coef. de rozamiento = 0.23.
Insecto que no gira con el disco: Masa del Insecto = 36, Radio de caída = 20, Velocidad del insecto = 1.2, Velocidad del disco = 0.7 y Coef. de rozamiento = 0.23.
En cualquier caso, se recomienda llevar a cabo el experimento virtual empleando primero una cámara y después la otra para poder comparar los resultados.
¿Qué ocurre cuando el insecto cae y permanece en el mismo lugar sin girar con el disco?
¿Cómo varía la velocidad del disco cuando el insecto cae?
¿De qué parámetros depende el punto en el que el insecto se ve arrastrado hacia el exterior?
Cuando el insecto se ve desplazado hacia el exterior, ¿qué le sucede a la velocidad del disco?