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Comprensión de la física de los fidget spinners


Ya sea que consideres que los fidget spinners sean juguetes divertidos o artilugios increíblemente molestos, en realidad hay una cantidad bastante significativa de física que hace que funcionen. Los fidget spinners son esencialmente pequeños giroscopios que incorporan estos principios físicos, pero también podemos entender otros conceptos jugando con los juguetes giratorios. Al examinar y estudiar los fidget spinners, podemos comprender la desintegración exponencial, el movimiento giroscópico, la fricción, la inercia y mucho más. Echemos un vistazo a la física detrás de los fidget spinners.

[Fuente de imagen: Pixabay]

Movimiento giroscópico

Los fidget spinners son esencialmente giroscopios de bolsillo. Los giroscopios son dispositivos giratorios montados en un eje que se utilizan para proporcionar estabilidad a un cuerpo a través de la resistencia del movimiento debido al impulso de rotación. Puede comprender este principio al girar un fidget spinner. Si intenta girar la ruleta de una manera que no sea paralela a su eje de rotación, sentirá la resistencia de la ruleta misma. Otra cosa loca sucede cuando juegas con un fidget spinner, no siempre se mueve de la manera que esperabas.

Examinando esto con más detalle, nos quedamos con el principio de precesión giroscópica. Puedes ver esto en funcionamiento si tomas un fidget spinner e intentas inclinarlo hacia adelante. En lugar de que la ruleta se incline hacia adelante como le gustaría, se inclina en una diagonal, en relación con la dirección en la que se dirige. Esta rotación diagonal es un resultado directo de la precesión giroscópica.

La precesión giroscópica se define cuando se aplica una fuerza a un cuerpo en rotación, aparece una fuerza 90 grados después del punto de impacto en la dirección de rotación. Este es el principio exacto en juego cuando se usa un fidget spinner. Entonces, ahora puedes enseñar a otras personas un poco de física mientras te mueves inquieto.

Decrecimiento exponencial

Algunas personas juegan con fidget spinners para mejorar su tiempo de giro. Para muchos, girar un fidget spinner es mucho menos inquietante y un poco más competitivo. Si alguna vez ha pasado algún tiempo haciendo esto, entonces probablemente comprenda que es realmente difícil mejorar drásticamente el tiempo de giro de su fidget spinner. Puede tener sentido desde una perspectiva general que girar una ruleta dos veces más fuerte o dos veces más rápido daría como resultado el doble de tiempo de giro, pero eso ni siquiera se acerca a lo que realmente sucede. Esto se debe al principio de caída exponencial.

El video anterior entra en gran detalle sobre cómo funciona este principio en relación con los fidget spinners, pero también lo analizaremos aquí. Al observar cómo la frecuencia y, por lo tanto, la velocidad de un spinner inquieto cambia con el tiempo, nos queda un gráfico que demuestra un comportamiento exponencial casi perfecto. Al observar esto, vemos que a medida que pasa el tiempo, la velocidad de un fidget spinner disminuye exponencialmente con el tiempo. Tomando este principio y aplicando la hipótesis de que duplicar la velocidad inicial duplicaría el tiempo, vemos que debido al decaimiento exponencial, esto solo aumenta el tiempo en algo así como una quinta parte. El aumento de tiempo real variará dependiendo de la decadencia real de su spinner inquietante específico. Un período de decaimiento ocurre cada vez que la velocidad de la rueda giratoria se reduce y en el video de arriba, fue de 40 segundos.

Comprender la descomposición exponencial nos permite comprender que existe una cantidad máxima física de tiempo que un hilandero inquieto puede girar. Podemos intentar aumentar el giro de una ruleta, pero en última instancia solo estamos luchando contra las leyes de la física.

Velocidad angular

Los fidget spinners se pueden utilizar como modelos de demostración para calcular la velocidad angular. Al usar una aplicación simple en su teléfono inteligente que mide la frecuencia, puede hacer que su fidget spinner se mueva tan rápido como pueda y determinar la frecuencia más alta a la que giraba. Ahora, dependiendo de cuántos nodos tenga su ruleta, generalmente 3 o 2, debe dividir esa frecuencia por su cantidad respectiva. Esto se debe al hecho de que la frecuencia de medición del sonido es la cantidad de veces que cada nodo pasa el micrófono de su teléfono inteligente. Dado que está tratando de calcular la velocidad total del fidget spinner y hay más de un nodo, debe dividir por el número respectivo.

Debería quedarse con una cantidad de Hz que su fidget spinner estaba girando. Al medir el radio de su fidget spinner y multiplicarlo por 2pi y el número de Hz que calculó, le queda una velocidad en las unidades en las que midió su radio en segundos, probablemente pulgadas / so centímetros / s. Luego de convertir estas unidades en algo como KPH o MPH, puede calcular la velocidad exacta a la que giraba su fidget spinner.

Esta es una manera excelente y bastante factible de enseñar a sus hijos algo de física y matemáticas mientras se divierten con un juguete nuevo.

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