ARCOS
VARILLA DE DURÁN
INSTRUCCIONES
Entierra la varilla en el recipiente con arena (si sacudes verticalmente el contenedor resultará más fácil introducir la varilla). Intenta sacarla. ¿Cuánta fuerza necesitas? Luego, vuelve a enterrar la varilla y golpea las paredes del recipiente para compactar la arena. Intenta sacar la varilla ahora: ¿notas alguna diferencia?
EXPLICACIÓN
Este experimento debe su nombre al Profesor de la Universidad de París, Jacques Duran, quien lo usa en sus clases de física. Cuando compactamos la arena alrededor de la varilla aumentamos el número de caminos y contactos entre los granos del material, permitiendo
la creación de puentes que concentraran la fuerza desde las paredes del recipiente hasta la varilla y viceversa. Por esto, cuando levantamos la varilla, ésta parece "pegada" a la masa de arena donde se entierra. Pero este equilibrio de fuerzas es muy precario: basta que unos pocos
granos cambien de lugar para que los caminos se "deshagan", y la arena no logre mantener sujeta a la varilla. Para observar estos arcos acércate a la experiencia de fotoelasticidad.
FOTOELASTICIDAD
INSTRUCCIONES:
Ponte los anteojos y gira los polarizadores hasta que el experimento se oscurezca casi completamente. Acciona los diversos mecanismos de presión sobre los granos que tiene el disco. Observa los "caminos" luminosos que se forman entre los granos que entran en contacto.
EXPLICACIÓN
Cuando aprietas el material granular que está al interior del disco, lo que haces es aumentar el número de contactos entre los granos. Cuando una "línea" de ellos entra en contacto, se forman "caminos"de granitos.
Estos caminos son tan aleatorios como la distribución de granos al interior del material.
Así, se crean todos los caminos necesarios para distribuir toda la fuerza que se está aplicando. En otras palabras, el material no actúa como un "todo", sino que son algunos granos en contacto los que reciben la fuerza. Gradas a la técnica de la fotoelasticidad, los "caminos" creados se ven iluminados.
He aquí, pues, otra característica única del material granular. En un metal, por ejemplo, las moléculas tienen interacciones de tipo eléctrico y mediante ellas la fuerza aplicada se distribuye de manera mucho más homogénea.
ARCOS ESTÁTICOS
INSTRUCCIONES
Arma un puente curvo con los cubos. Coloca peso sobre el puente. ¿Cuánto soporta la estructura?
EXPLICACIÓN
Un arco distribuye una fuerza aplicada no sólo hacia abajo, sino también hacia los lados. Así ocurre con los arcos del material granular, y también con los puentes romanos o las bóvedas.
Muchas construcciones de arco sólo se realizaron con piedras, sin ningún tipo de argamasa o material de unión entre ellas. Por ejemplo, el acueducto de Segovia ha sobrevivido siglos en perfecto equilibrio sin destruirse, a pesar de ser una estructura muy esbelta. Un arco cargado,
sin embargo, genera una fuerza lateral y por eso las catedrales medievales tienen grandes paredes y arbotantes, que soportan dicha fuerza.
ARCOS DINÁMICOS
Instrucciones
Gira los polarizadores hasta que el experimento se oscurezca casi completamente. Puedes usar los anteojos el polarizador sobre el disco. Voltea el disco para que el material fluya dentro del reloj. Observa la evolución de los contactos entre las unidades.
Explicación:
En las experiencias anteriores se ha observado que un material granular en reposo forma arcos o caminos ante la aplicación de una fuerza.
¿Qué sucede cuando el material granular está en movimiento, como al interior de un reloj de arena?
Esta experiencia nos permite observar que los arcos, siempre presentes, aparecen y desaparecen, actuando en conjunto para soportar el peso de la columna de arena. De esta manera, la creación permanente de arcos frena la caída del material haciendo que el flujo de salida del reloj sea independiente del peso de la columna.
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