La física es una moneda - Red Creativa de Ciencia

La física es una moneda...*
Comúnmente solemos imaginar que el trabajo científico se realiza en laboratorios
equipados de complejísimos aparatos, estudiando problemas que resultan incomprensibles
para la mayoría de la gente. Sin embargo la ciencia moderna surgió de la observación y el
análisis del mundo que nos rodea y esta mirada cuidadosa sigue siendo una fuente
inagotable de preguntas que la ciencia trata de responder. Le proponemos entonces analizar
el siguiente experimento cuyo estudio detallado dio origen al trabajo de un grupo de físicos
alemanes y búlgaros y que aparece publicado en el número de junio de 2003 de la revista
Physical Review Letters.
Tire una moneda sobre la mesa y marque hasta donde llega, ahora tírela girando sobre sí
misma y vuelva a marcar. Supongamos que ambas salieron con la misma velocidad inicial,
¿cuál llega más lejos? La respuesta correcta es que la moneda que va girando se frena más
lejos. ¿Porqué?
Para responderlo veamos como actúa la fuerza de roce entre la moneda y la superficie de la
mesa. La fuerza de roce está presente siempre que ponemos en contacto dos cuerpos y se
debe justamente a que sus superficies no son perfectamente lisas y se traban entre sus
asperezas. Cuando uno de los cuerpos se mueve respecto al otro, esta fuerza es proporcional
a la fuerza que comprime los cuerpos (en nuestro caso el peso de la moneda) y se dirige en
la dirección opuesta al movimiento relativo de los cuerpos. Es esta fuerza la que va
frenando nuestra moneda hasta que finalmente la hace detenerse.
La moneda de la izquierda avanza sin girar, la velocidad relativa a la mesa es la misma en
todos sus puntos (flechas sobre la moneda). La moneda de la derecha gira, sus partes tienen
velocidades distintas. Un costado se está moviendo hacia atrás y la moneda siente entonces
una fuerza de roce neta menor que la que no gira.
Veamos entonces la diferencia entre la moneda que no gira de la que sí lo hace. La fuerza
de roce se opone al movimiento en cada punto. Para la moneda que no gira, es igual en
todos los puntos y tiende a frenarla. Para la que gira hay puntos que se están moviendo en
dirección opuesta al movimiento global de la moneda. Por lo tanto el roce en esos puntos
empuja a la moneda y ésta se frena menos que en el caso de que no girara.
Ahora le proponemos otro experimento. Tire la moneda varias veces girando sobre la mesa
hacia adelante, ¿es posible que el movimiento de traslación termine antes que el de rotación
y que la moneda quede finalmente fija girando un rato? ¿Y lo contrario: que la moneda en
un determinado punto deje de girar pero siga moviéndose hacia adelante un rato más? La
respuesta es que no. Que siempre el movimiento de rotación y traslación terminan juntos.
Este resultado y el análisis completo de este problema aparentemente trivial han sido el
objeto de la investigación que citamos previamente. El trabajo de Zénó Farkas y sus
colaboradores muestra que el acoplamiento entre el movimiento de traslación y el de
rotación hace que la moneda termine siempre su movimiento en lo que se conoce como un
punto fijo atractivo donde ambos movimientos cesan al mismo tiempo.
Los investigadores aseguran que su trabajo tiene implicancias en un contexto más general
como el estudio de la porosidad de un conjunto de granos que forman un polvo. Cuando el
polvo es presionado con un pistón para compactarlo el contacto que hay entre los granos
hará que éstos roten y que actué la fricción entre ellos, los resultados de este trabajo pueden
ser importantes para analizar este proceso de compactación.
* Alude al titulo de la canción La vida es una moneda del cantautor rosarino Fito
Paez.
Para saber más:

Frictional Coupling between Sliding and Spinning Motion de Zeno Farkas y
colaboradores,
Physical
Review
Letters
90,
248302
(2003).

Mechanics: friction in a spin, Nature 424, 1005 (2003).
Extraído de www.divulgon.com.ar.