Hace unas semanas fuimos con los alumnos de Física de U-tad de visita a un gran laboratorio. ¿Cómo de grande? Bueno, no podemos decir que sea el más grande del mundo – al fin y al cabo, los aceleradores de partículas son laboratorios que miden kilómetros y, en ocasiones, pasan incluso por varios países – pero sí que mide unos cuantos cientos de metros cuadrados.
Este laboratorio, situado en la Casa de Campo, no era otro que el Parque de Atracciones de Madrid. Puede que el propósito de la mayoría de sus visitantes habituales no sea el de realizar medidas, pero la verdad es que en cualquiera de sus atracciones hay principios físicos actuando en todo momento y, de hecho, son los responsables de las intensas sensaciones que con frecuencia nos causan.
Por eso, el Parque de Atracciones organiza cada año las Jornadas de la Física, en las que alumnos de distintos niveles tienen la ocasión de medir, calcular y, sobre todo, experimentar las leyes de la física en primera persona. Para ello, la actividad nos guía a través de cuatro atracciones distintas en las que se plantean preguntas cuyas respuestas podrían estar claras sobre el papel, pero nos vuelven a sorprender al vivirlas en primera persona.
La lanzadera
La primera de las atracciones de la visita fue La lanzadera: en ella se experimenta la caída libre desde una altura de casi 50 metros, llegándose a alcanzar una gran velocidad. Este, desde el punto de vista de la física, es un movimiento rectilíneo uniformemente acelerado, al que difícilmente podemos estar sujetos en nuestra vida cotidiana por una duración tan larga como en esta atracción.
Algunas de las preguntas que se nos plantean son: ¿experimenta algún cambio tu masa en la caída libre?, y: ¿qué indicaría una báscula situada en tu asiento al caer? La respuesta a la primera de estas preguntas es “ninguno”, ya que la masa es una magnitud que no depende de la posición ni de la aceleración del cuerpo. Sin embargo, una báscula indicaría masa nula, ya que este instrumento se basa en la fuerza normal -la que ejerce contra el cuerpo que sujeta-, y durante la caída esta fuerza no está presente.
También es muy interesante el sistema de frenado que se utiliza en esta atracción: la caída es detenida por un sistema de frenado magnético en varias fases. Dicho sistema no depende del suministro eléctrico, por lo que la caída sería frenada también en el caso de que hubiera un apagón en la atracción (por suerte).
Las sillas voladoras
Otra de las atracciones visitadas fue la conocida como Las cadenas, o Las sillas voladoras: Esta atracción se basa en la realización de un movimiento circular uniforme, en el cual la fuerza centrífuga que sufren las sillas hacia el exterior provoca su elevación. Por tanto, el movimiento se realiza finalmente a varios metros sobre el suelo.
Una de las curiosidades que podemos observar es que las sillas situadas en la parte exterior del círculo se elevan más que las de la parte interior – es decir, la fuerza depende del radio del círculo, pero el ángulo de elevación no depende de la masa. Esto ocurre porque se establece un equilibrio entre el peso y la fuerza centrífuga, siendo ambas magnitudes dependientes de la masa, pero no así la relación entre ellas.
Entre las preguntas planteadas está la comparación entre las velocidades angulares de las sillas situadas en distintos puntos del círculo, y también entre sus velocidades. Como respuesta, debemos apreciar que la velocidad angular es la misma para todas las sillas (el ángulo que recorren todas ellas por unidad de tiempo es el mismo). En cambio, la velocidad de las sillas que se encuentran en el exterior es mayor, ya que recorren una distancia mayor en el mismo tiempo.
El abismo
La tercera atracción en nuestro recorrido fue una montaña rusa: en este caso, El abismo. Aunque cada montaña rusa es distinta, todas se basan en un principio físico básico: la conservación de la energía. Es muy interesante saber que a lo largo del recorrido los motores solo actúan sobre el movimiento en dos momentos: en la subida inicial y en el frenado final.
En la primera subida, el motor incrementa la energía de los vagones en forma de energía potencial. Cuando dichos vagones se sueltan esta energía va disminuyendo (según disminuye la altura) y se va convirtiendo en energía cinética de manera que los vagones adquieren velocidad. Una parte de la energía también se disipa, es decir, se pierde en forma de calor y de sonido por causa del rozamiento. Por este motivo, cada pico o subida de la montaña rusa debe ser algo más bajo que el anterior.
Es también muy importante esta conservación de la energía en los loopings: en el momento en el que uno está bocabajo en lo alto de un looping, no debe tener energía cinética nula, porque de quedarse parado, la fuerza centrífuga no compensaría al peso y los vagones tenderían a caerse. Por lo tanto, la altura de un looping debe ser considerablemente menor a la que puede haber en un pico de la montaña en la que el vagón esté en su orientación natural.
Precisamente sobre los loopings versaba una de las preguntas más interesantes de las relacionadas con esta atracción: si llevaras en la mano un vaso de agua al hacer un looping, ¿se derramaría el agua? La respuesta correcta es “no”, ya que el agua de dentro del vaso también estaría sujeta a la misma fuerza centrífuga que el vagón y que los propios pasajeros, la cual compensa el peso e impide la caída.
La máquina
La última atracción de la visita fue La máquina. En esta atracción se combina el movimiento pendular con el movimiento giratorio en torno a un eje. El movimiento pendular en este caso se encuentra forzado por motores que impiden que se pierda altura en unas pocas oscilaciones. Por otro lado, el movimiento giratorio provoca que la velocidad total con la que se perciben las subidas y bajadas se vea modificada en cada momento ya que, dependiendo de nuestro asiento, la rotación favorecerá o se opondrá al movimiento general.
Un fenómeno físico curioso que señalamos en esta atracción es que, aunque nos encontremos inmersos en esta composición de movimientos, el movimiento que observamos al mirar a la persona que se encuentra en cualquier otro asiento, ¡es nulo! De hecho, ese mismo es uno de los motivos por el que mirar a un punto inmóvil respecto a nosotros (como el eje central) reduce la sensación de mareo.
Por otro lado, el estudio del movimiento pendular desde el punto de vista energético nos recuerda que, en el punto en que la plataforma llega a un punto más alto, toda su energía es energía potencial, de manera que su energía cinética se anula y nuestra velocidad es cero. Por el mismo motivo, la velocidad es máxima en el punto más bajo de la trayectoria.
Después de acabar la visita por las atracciones y su correspondiente análisis aún nos quedaba un rato más para disfrutar de otras atracciones del parque – en las que, por supuesto, la física es igual de importante. Cuando volvimos a casa tras un día tan agitado, además del cansancio, nos quedamos con haber podido aprender – y vivir – algo de física a la vez que nos divertíamos. La lección más importante que podemos sacar del día fue precisamente esta: ¡la física puede ser muy divertida!
Por Beatriz M.Pabón, profesora del Doble Grado en Ingeniería del Software y Física Computacional de U-tad.
