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Mecánica

• Eolípila de Herón
• Paradojas
• Giroscopios
• Pájaro Bebedor
• Radiómetro de Crookes
• Volante de Inercia
• Regulador de Watt
• Choque Elástico
• Cinta de Moebius
• Busca centros
• Hélice enigmática
• Máquinas simples

Eolípila de Herón​

EOLIPÍLA DE HERÓN

La eolípila es una máquina de reacción que puede ser considerada la precursora de los modernos motores de propulsión a chorro.
Herón de Alejandría, famoso ingeniero inventor, describió este aparato en el año 120aC, adelantándose a James Watt.
La réplica de la eolípila, según descripciones de diversas fuentes, consiste en una esfera hueca probablemente metálica con dos pequeños cañones acodados por donde se desprende el vapor.


Modelo no funcional
Pieza confeccionada a mano.
Materiales: latón, madera de nogal, soldadura de estaño y vidrio.
Dimensiones: h=29cm.
Diseño: Marc Boada, 1993

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EOLÍPILA DE HERÓN FUNCIONAL

El modelo funcional que presentamos es una variante de la eolípila original en la que sólo hay un orificio de salida del vapor. En él se acopla un dispositivo con dos brazos para la salida del vapor. Para utilizarla, se introduce agua en la esfera con una jeringa, y se calienta el aparato hasta la ebullición. El mismo mecanismo a reacción provocado por la presión que escapa por el orificio genera el movimiento giratorio del dispositivo.



Pieza confeccionada a mano.
Materiales: latón, madera de nogal, soldadura de estaño, vidrio, cuerda y alcohol de quemar.
Dimensiones: h=29cm.
Diseño: Marc Boada, 2005

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Paradojas

PARADOJA ESTABLE

Todos los cuerpos pueden presentar tres clases de equilibrio: indiferente, inestable y estable. El objeto que presentamos es un clásico en la demostración del equilibrio estable. Éste es debido a que el centro de gravedad del conjunto se encuentra siempre por debajo del punto de apoyo, gracias a los dos contrapesos que se encuentran al final de las varillas.

Esta pieza es una reproducción fiel de la Equilibrista de Marfil del Gabinete del célebre físico César-Alexandre Charles (1746-1823), que hoy se encuentra depositada en el Museo de las Artes y las Medidas de París.

Pieza confeccionada a mano.
Materiales: cobre, latón y resina de poliuretano.
Dimensiones: h=28cm
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PARADOJA DINÁMICA PARADOJA DINÁMICA DOBLE

Coloca el doble cono de este módulo en la parte inferior del raíl. Si lo sueltas, ¿qué pasará? El sentido común nos dice que no se moverá, porque "escalaría" por los raíles. En cambio, contra todo pronóstico, el doble cono "sube"!.
¿Es posible que si soltamos un objeto caiga "¡hacia arriba!"? Si soltamos un objeto desde una cierta altura, éste siempre cae hacia el suelo y nunca se eleva por encima de su posición inicial. Además, estas experiencias han quedado modeladas en la física Newtoniana.
Aunque la impresión causada sea que el cono se desliza hacia arriba, lo que ocurre es que, debido a la geometría del montaje, su centro de gravedad va descendiendo, como el de cualquier otro objeto que se deja caer. Por ello, a esta experiencia se la llama paradoja: aparentemente se produce una violación de la Ley de la Gravitación Universal, pero un análisis detallado de lo que en realidad ocurre, rápidamente desmiente dicha violación.
En el caso de la paradoja dinámica doble, el cono oscila de un lado para otro con un solo impulso. Versión más compleja y original.

Piezas confeccionadas a mano.
Materiales: madera y latón.
Dimensiones: h=12cm.

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Giroscopios

GIROSCOPIO ALTO
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GIROSCOPIO

Todo cuerpo sometido a rotación posee dos cualidades: una de ellas es su inercia en el giro, y la otra la inercia en mantener siempre la orientación en el espacio, es decir, el momento angular. Todos los movimientos peculiares del giroscopio son producidos por este efecto.

El giroscopio lo inventó Leon Focault en 1852 y con el demostró el giro de la Tierra (o rotación). Actualmente se utilizan, entre otras cosas, para la estabilización de barcos o en los pilotos automáticos de los aviones.




Piezas confeccionadas a mano.
Materiales: aluminio, latón y madera de bubinga.
Dimensiones: Giroscopio Alto h=25cm.
Diseño: Marc Boada, 1992.



Piezas confeccionadas a mano.
Materiales: aluminio, latón y madera de bubinga.
Dimensiones: Giroscopio h=10cm.
Diseño: Marc Boada, 1992.

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Pájaro Bebedor

PÁJARO BEBEDOR​

Es uno de los escasos ejemplos que permiten visualizar el trabajo mecanico que produce una diferencia de potencial químico sin que se produzca reacción química alguna.
El pájaro consta de dos esferas de cristal conectadas por un tubo del mismo material que se introduce en la esfera inferior. En el interior del pájaro no hay aire, sólo contiene un líquido altamente volàtil, normalmente cloruro de metileno (CH2Cl2), con un punto de ebullición cercano a la temperatura ambiente. Este líquido interno se encuentra en equilibrio térmico con su vapor.
El pico del pájaro está cubierto de un material poroso que una vez se introduce en el agua contenida en el vaso, hace que el pájaro no deje nunca de beber de ella. ¿Qué fenómeno origina este movimiento de oscilación?
Ref. J. Güémez, R. Valiente, C. Fiolhais, and M. Fiolhais, ‘‘Experiments with a sunbird,’’ Am. J. Phys. 71, 1257–1263 (2003).

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Radiómetro de Crookes

RADIÓMETRO DE CROOKES​

La luz es energía y en este aparato llamado radiómetro, inventado por William Crookes (1832-1919), se transforma en movimiento mecánico. El radiómetro de Crookes consta de cuatro láminas ligeras ennegrecidas en un lado y plateadas por el otro y colocadas en un pivote común de manera que pueden girar libremente. El recipiente de vidrio que las contiene se evacua hasta una presión de aproximadamente 10 mm de mercurio. A esta presión existen todavía muchas moléculas de gas que interactúan con las placas. Cuando se acerca una fuente de luz al radiómetro, las aspas empiezan a girar y al final lo hacen a bastante velocidad.
Para justificar este movimiento existen dos posibles explicaciones: (1) la mayoría de los fotones es absorbida por el lado ennegrecido de cada placa, pero la mayoría es reflejada por el lado reflectante, transfiriendo así más cantidad de movimiento al lado reflectante, produciendo la rotación en la dirección del lado negro. (2) La mayoría de los fotones es absorbida por el lado negro, pero la mayoría no es absorbida por el lado reflectante, calentando así el lado negro más que el lado reflectante. Las moléculas de aire entran en contacto con las placas obteniendo más energía de los lados negros, chocando con mayor transferencia de momento de ese lado, produciendo así la rotación en un sentido tal que el lado negro retrocede de la fuente. Éste es el resultado correcto.

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Volante de Inercia

VOLANTE DE INERCIA

Si hacemos rotar un objeto, resulta una magnitud a priori poco evidente que es el momento de inercia. El momento de inercia es un vector perpendicular al eje de rotación, que en el caso de un cilindro equivale en mitad de su masa por el cuadrado de su radio.

Como toda magnitud vectorial, esta tiene tendencia a mantenerse constante en módulo, sentido y dirección a menos que aplicamos una fuerza que la altere, como por ejemplo, el rozamiento, pero también un cambio en el ángulo de posición del objeto. Así, vemos que si intentamos inclinar un volante en rotación, este ofrece resistencia.
Un volante de inercia no es más que un cilindro delgado que pivota sobre un eje perfectamente vertical y perpendicular al plano de rotación, y bien lubricado con el fin evitar al máximo la pérdida por el momento de inercia por rozamiento. Así, de esta manera, dando un impulso suficiente, el volante se mantiene en rotación durante un largo rato.
Esta propiedad se emplea en máquinas cíclicas, como por ejemplo, en el motor de explosión de un coche con el fin de reducir las variaciones de velocidad cuando hay cambios en el par motor o el par de carga dentro el ciclo. Tienen todavía otra propiedad más lúdica y es la de acumular inercia en aquellos pequeños coches de juguete que se "cargan" frotando las ruedecillas contra el suelo.

Pieza confeccionada a mano.
Materiales: cobre y latón.
Dimensiones: h=17cm.
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Regulador de Watt

REGULADOR DE WATT​

Esto es un regulador centrífugo. Su funcionamiento es de lo más ingenioso. Cuando el motor va muy deprisa, la fuerza centrífuga hace que el sistema cierre el paso de vapor a los cilindros, y cuando la velocidad del motor desciende, al vencer la gravedad a la fuerza centrífuga, obtenemos que la válvula abre el paso al vapor. Con esto conseguimos un sistema automático que mantiene el motor siempre a la misma velocidad.
El regulador de fuerza centrífuga para máquina de vapor lo inventó James Watt en 1788. Este invento resultó de gran importancia en el desarrollo histórico de la regulación automática, dado que incorpora el sensor y el actuador en un único ingenio, sin disponer de un amplificador de potencia que aislará el sensor del actuador. Este dispositivo junto con otras mejoras contribuyó al perfeccionamiento de las máquinas de vapor, aumentado su rendimiento económicamente, lo que dio inició a la Revolución industrial.
Pieza confeccionada a mano.
Materiales: Aluminio y latón.
Dimensiones: h=38 cm.
Diseño: Marc Boada, 1992.


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Choque Elástico

CHOQUE ELÁSTICO

Bolas iguales que cuelgan de un bastidor y están en contacto a la misma altura y perfectamente en línea. Esto hace que el choque entre ellas sea frontal. Además, como son de acero, podemos suponer que es también un choque elástico, sin pérdida de energía. ¿Qué pasa si separamos una de las bolas y la dejamos caer sobre las demás? Pues que todas las bolas quedan en reposo menos la última que sale a la misma velocidad que llegó la primera (en realidad a un poco menor). Y si lanzamos dos bolas, saldrán disparadas las dos del otro lado. Y lo mismo si dejamos caer tres o cuatro bolas.
A través de este dispositivo se demuestra la ley de conservación de la energía. La bola empujada por el sujeto externo en un extremo adquiere energía cinética y golpea a la segunda bola. Esta transmite la energía a la tercera, que a su vez la transmite a la siguiente y etc. Hasta que la última bola no puede transferir también la energía, por tanto la utiliza para desplazarse de forma especular a la primera bola. Al volver a la posición vuelve a iniciar el proceso de transmisión de energía hasta el extremo contrario (a la primera bola).

Piezas confeccionadas a mano.
Materiales: madera, hilo de nylon, acero inoxidable y latón.
Dimensiones: h= 38 cm de altura
Diseño: Isaac Newton

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Cinta de Moebius

CINTA DE MOEBIUS

August Ferdinand Möbius (1790-1868) nació en Schulpforta, Alemania. Fue discípulo de Gauss y ejerció como astrónomo y matemático en la Universidad de Leipzig. Fue uno de los pioneros de la topología, área en que investigó las superficies de una sola cara, como su famosa cinta, descubierta en 1858.
La cinta de Moebius es una superficie tan sencilla como sorprendente. Si cogemos una cinta de vértices ABCD y unimos A con D y C con B dándole media vuelta obtenemos una superficie que contra toda apariencia tiene una sola cara, un solo borde y no es orientable. Si partimos de un punto de su superficie y comenzamos a colorearla, acabaremos pintado toda la cinta sin haber rebasado el borde. Por consiguiente, sólo tiene una cara. Si reseguimos con el dedo uno de los bordes llegamos al punto de partida habiendo recorrido los dos bordes aparentes. Y lo más sorprendente: si consideramos un vector n perpendicular al plano de la cinta en cualquier punto p, este cambiará su orientación a medida que recorremos la cinta por su línea central, llegando a convertirse en –n al llegar al mismo punto.
La cinta tiene otras posibilidades de experimentación. Si la cortamos una vez a lo largo de su línea media, obtenemos una sola cinta con cuatro media vueltas, que si que tiene dos caras. Si la volvemos a cortar obtenemos dos cintas entrelazadas que tampoco son de Moebius.
La cinta de Mobius tiene aplicaciones prácticas. Podemos conseguir una cinta transportadora de desgaste uniforme por "ambas caras", y por tanto con más durabilidad, o bien una cinta abrasiva más eficiente.


Pieza confeccionada a mano.
Materiales: cobre, latón y metacrilato.
Dimensiones: h=26 cm

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Buscacentros

BUSCA CENTROS

Al iniciar la guerra civil en España, en 1936, un joven republicano catalán tuvo que emigrar a Francia donde fue acogido en un campo de refugiados. Con el objetivo de tener un mejor trato decide apuntarse como mecánico en el taller, sin que nunca lo hubiera sido. Allí descubre un nuevo mundo de precisión.
Finaliza la guerra y poco a poco los refugiados regresan a casa, y él vuelve con un objeto de recuerdo: un maravilloso buscacentros de acero inoxidable, material por entonces muy raro y también muy caro.

La pieza llegó a manos de su nieto Jaume Aguado, excelente tornero, que la incorporó al taller de Pèndulum, dónde la usamos a diario para encontrar el centro de los cilindros con toda facilidad. Ahora hemos decidido hacer la réplica que tienes en tus manos y que esperamos que te acompañe mucho tiempo.

Pieza confeccionada a mano.
Materiales: cobre, latón y madera
Dimensiones: h=26 cm

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Hélice Enigmática

HÉLICE ENIGMÁTICA

La hélice enigmática presenta un original comportamiento: muestra la extraordinaria particularidad de girar únicamente en un sentido.

Hagan una prueba: impúlsenla por un extremo en sentido contrario a las agujas del reloj y ... ¿ qué ha pasado? Aunque la hélice da una o dos vueltas, acaba oscilando e invirtiendo el sentido de giro. Repitan el experimento pero impulsándola en sentido contrario (en el mismo sentido de las agujas del reloj) y comprobarán que gira normalmente hasta que se agota el impulso inicial.

¿A qué se debe este comportamiento insólito? Observen la pieza: aunque su forma es elíptica, la superficie sobre la que gira es ligeramente helicoide, similar a la hélice de un avión. Esto genera una diferencia en la distribución de la masa de la pieza, que unida a la forma asimétrica respecto al sentido de giro, condiciona una respuesta diferente al movimiento en un sentido o el otro. Una explicación más profunda del comportamiento de esta pieza es bastante más compleja y ni siquiera existe una teoría única.

Esta hélice es una réplica exacta obtenida mediante un remolde de una que circulaba entre los físicos que trabajaban en el acelerador de partículas del CERN en Ginebra durante los años 80 del siglo pasado. El original era de plomo y se deformaba fácilmente. Éste se ha perfeccionado realizándolo en peltre (una aleación de cinc, estaño y plomo, bastante más duro que el plomo sólo).

La base es de ágata, una roca durísima que facilita el giro de la hélice con una fricción mínima.
Pieza confeccionada a mano
Materiales: ágata y peltre

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Máquinas simples
Desde tiempos remotos, el ser humano aprendió a transformar su poca fuerza en otra mayor. Esto lo consiguió con el invento de las máquinas. La palanca y el plano inclinado son los más simple de todas ellas, y los científicos consideran las demás máquinas derivaciones y aplicaciones de estas dos. Las primeras máquinas eran sencillos sitemas que facilitaron a hombres y mujeres sus labores, hoy son conocidos como máquinas simples.

PLANO INCLINADO

Una superficie plana que tiene un extremo elevado a cierta altura, forma lo que se conoce como plano inclinado o rampa. Esta máquina simple permite subir o bajar objetos deslizándolos a través de ella, reduciendo el esfuerzo que implica levantar un objeto en forma vertical. A medida que es menor la pendiente del plano inclinado, es más fácil mover el objeto a lo largo de él.
Por esta misma razón, los caminos en las zonas montañosas están formados por curvas que tienen cierta inclinación, lo que permite subir a las zonas altas sin forzar mucho los motores de los vehículos, o los músculos de nuestras piernas.

Pieza confeccionda a mano.
Materiales: madera de haya, de nogal y latón.
Dimensiones: h=30.5cm.

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POLEA

El funcionamiento de la polea se basa en la palanca, y permite cambiar la dirección o el sentido de una fuerza. Si la polea es simple, la fuerza que ha de hacerse para elevar un peso es igual a éste. Si, por lo contrario, se trata de un polipasto o sistema de poleas, la fuerza que se debe realizar es mucho menor.

Arquímedes logró mover un barco cargado de pasajeros y mercancías mediante un sistema de poleas, a instancias del rey Hierón de Siracusa.

Pieza confeccionda a mano.
Materiales: madera de haya, de nogal y latón.
Dimensiones: h=32.5cm

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TORNO

El torno consta de un cilindro al que se halla adosada perpendicularmente una rueda. Alrededor del eje del cilindro hay una cuerda enrollada donde se aplica el peso que ha de vencerse. La fuerza necesaria para elevarlo se ejerce sobre la rueda. Esta fuerza hace que la cuerda se enrolle en el cilindro y que el peso suba.
El torno es una aplicación de la palanca y por tanto permite amplificar la fuerza.

Pieza confeccionda a mano.
Materiales: madera de haya, de nogal y latón.
Dimensiones: h=36cm

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CUÑA

Esta máquina no es más que un prisma triangular que se introduce por una de sus aristas entre dos obstáculos, a fin de producir lateralmente dos esfuerzos que tiendan a separarlos. Este esfuerzo se descompondrá en dos: uno perpendicular -al cual será debido todo el efecto útil-, y otro paralelo - que sólo servirá para hacer resbalar el martillo.
Este comportamiento es el que explica el cómo y porqué las hachas presentan un corte bastante agudo.

Pieza confeccionda a mano.
Materiales: madera de haya, de nogal y latón.
Dimensiones: h= 31.5cm

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