El curling es un deporte de invierno que se juega en pistas de hielo, con piedras de granito de unos 20 kg. En este juego, deslizas una piedra por el enlace e intentas acercarte al objetivo en el extremo opuesto. El curling efectivo requiere habilidad, estrategia y conocimiento de la física. Este artículo se centrará en las principales reacciones físicas que ocurren al deslizar una piedra sobre hielo: la fricción y la energía cinética.
Tabla de contenido
fricción
La fricción es un fenómeno físico inherente al rizado. Sin él, un objeto en movimiento se movería sin cesar sin disminuir la velocidad. Esto provoca muchos problemas de seguridad, como que los coches y los trenes no puedan frenar. No hay fricción entre las suelas de los zapatos y el suelo, y se vuelve como caminar sobre una alfombra de aceite, lo que hace imposible caminar o estar de pie. Las ruedas de los automóviles ya no pueden girar en la carretera. Todos los trenes, camiones y otras formas de transporte estarán fuera de servicio. Las herramientas de trabajo que dependen de la fricción para funcionar pueden tener dificultades para funcionar correctamente y pueden fallar. No hay resistencias eléctricas, fósforos, planchas u hornos, porque incluso los electrones movidos por un voltaje no generarían calor sin fricción.
La fricción es la fuerza que resiste el movimiento relativo entre dos superficies en contacto. Esta fuerza se produce cuando las superficies en contacto se frotan entre sí, creando una resistencia que impide el movimiento. Esta fuerza depende de las propiedades de las superficies en contacto, el área de contacto y la fuerza con la que se presionan las superficies. La fricción puede ser estática (donde las superficies están estacionarias entre sí) o dinámica (donde las superficies se mueven entre sí). Aquí hay algunas actividades que requieren fricción y otras en las que la fricción es dañina.
- Aplicaciones que requieren la presencia de fricción:
- freno de coche
- Suela de zapato
- llanta
- paracaídas
- fósforo
- Aplicaciones que no requieren fricción:
- rodamiento de bolas
- rotor de motor
Dado que las superficies están sujetas a fuerzas de fricción que resisten el movimiento deslizante, a menudo es necesario calcular la magnitud de esta fuerza. La magnitud de la fricción está determinada principalmente por la “fuerza normal” que una superficie ejerce sobre el objeto sobre el que descansa y las propiedades de la superficie particular que se está considerando. En la mayoría de los casos, puede usar la siguiente fórmula:
dónde F. es la fuerza de fricción, μ es la propiedad de la superficie (es decir, el coeficiente de fricción), NORTE. es la fuerza “normal”.
Por ejemplo, un bloque de hielo con una masa de 400 kg se presiona sobre un lago congelado. El coeficiente de fricción entre las dos superficies es 0,05. Las fuerzas de fricción que actúan sobre un bloque de hielo son:
A continuación se muestra una tabla de coeficientes de fricción estática y dinámica entre varios materiales. Es muy fácil encontrar coeficientes de fricción para combinaciones de materiales en Internet.
Como muestra la tabla, hay dos tipos de fricción: fricción estática y fricción dinámica. La fricción estática ocurre cuando un objeto está en reposo sobre una superficie y evita que el objeto comience a moverse contra las fuerzas que tienden a moverlo. En el espacio no hay fricción, por lo que en teoría podrías mover un planeta simplemente empujándolo con el dedo.
La fricción cinética, por otro lado, ocurre cuando un objeto se mueve sobre una superficie y disminuye su velocidad. La fuerza de fricción cinética suele ser menor que la fuerza de fricción estática. Más específicamente, la fricción estática evita que un objeto comience a moverse, mientras que la fricción cinética ralentiza un objeto en movimiento. Como puede verse en la tabla, se puede hacer que un objeto de goma (μ = 1,0) encima de otro objeto de goma trabaje más que un objeto de acero (μ = 0,1) sobre hielo. La Figura 1 muestra el comportamiento de varios cuerpos deslizantes en un plano con una representación gráfica de sus energías cinéticas relativas. Este gráfico predice el deslizamiento en superficies inclinadas para objetos compuestos de los siguientes materiales:
- caucho y caucho
- caucho sobre hielo
- hielo sobre goma
- hielo sobre hielo
El comportamiento del sistema en un plano inclinado a 20° es bastante diferente para cada tipo de material. Un objeto de goma sobre un plano de goma aparentemente permanece estacionario debido al alto coeficiente de fricción (1) y, por lo tanto, tiene energía cinética cero. La goma sobre hielo tiene un “deslizamiento” ligeramente mejor que la goma sobre hielo. Finalmente, el objeto de hielo tiene una alta tasa de deslizamiento en la superficie del hielo (para un coeficiente dinámico de fricción de 0,02), aumenta su velocidad durante el descenso y genera la misma cantidad de energía cinética.
rizo y fricción
Mucha gente se refiere al curling como “ajedrez sobre hielo”, pero en realidad es similar a jugar a los bolos en una pista de hielo. Uno de los factores que caracterizan el movimiento de las piedras en el curling es precisamente el roce entre la piedra y el hielo. La fricción entre dos superficies se ve afectada por varios factores, incluida la naturaleza de las superficies y la fuerza con la que las dos superficies entran en contacto. En curling, se rocía agua o un líquido especial llamado “pebbling” sobre la superficie del hielo para reducir la fricción entre las piedras y el hielo, reduciendo la fricción y mejorando la suavidad de las piedras. Esto minimiza el área de contacto entre las pesadas piedras que se encrespan y el hielo, alterando las propiedades de la superficie del hielo mismo, creando depresiones y colinas muy pequeñas para que el movimiento de la escoba pueda cambiar la dirección y la velocidad de la piedra. acelerado.
Las escobas juegan un papel científico porque pueden generar calor para crear un velo de agua frente a la piedra, reduciendo la fricción sobre el hielo. Esto aumenta la distancia recorrida por la piedra y corrige su trayectoria.
La superficie inferior de la piedra para rizar es cóncava, lo que reduce aún más el área de contacto entre la piedra y el hielo. A veces, dos jugadores, siempre equipados con escobas, alisan o raspan el hielo antes que las piedras en movimiento para alisar o hacer rugosa la superficie. Cuanto más suave sea la superficie de contacto, menor será la fricción. Las fuerzas de fricción actúan en la misma dirección que el movimiento y en direcciones opuestas, y su fuerza depende del tipo de superficie sobre la que se mueve el objeto, el área de contacto y el peso del objeto.
Los jugadores pueden girar ligeramente la piedra a lo largo del camino para desviarla a lo largo de su trayectoria. Esto sucede porque a medida que la piedra rueda, roza contra una superficie plana creando una fricción que tiende a ralentizarla. La fuerza de fricción se dirige en la dirección opuesta a la dirección del movimiento. Para piedras que giran en el sentido de las agujas del reloj, la fricción es hacia la izquierda en el frente y hacia la derecha en la parte posterior. Cuando una piedra rodante se desliza sobre una superficie plana, se inclina ligeramente hacia adelante en la dirección del desplazamiento, empujando el borde de ataque un poco más fuerte que el borde de salida. La presión adicional crea más fricción en la parte delantera que en la trasera. El desequilibrio de la fuerza de fricción resultante desvía la piedra en la dirección de la fricción más fuerte, el lado izquierdo para la rotación en el sentido de las agujas del reloj.
Una piedra que se encrespa a menudo hace lo contrario. Girar en el sentido de las agujas del reloj hace que la piedra gire a la derecha en lugar de a la izquierda. La piedra empujada se inclina ligeramente hacia adelante y la presión adicional en el frente de la piedra derrite parcialmente el hielo en el borde delantero, formando una película delgada de agua y reduciendo la fricción entre el frente y la parte posterior de la piedra. La piedra continúa desviándose en la dirección de mayor fricción, lo que da como resultado que una piedra que gira en el sentido de las agujas del reloj se desvíe hacia la derecha en lugar de hacia la izquierda.
La piedra que se encrespa gira muy lentamente, solo unas pocas vueltas y luego se detiene. Esta rotación es demasiado pequeña para inducir una desviación lateral significativa. Mientras se arrastra, el borde de ataque de la piedra deja un pequeño rasguño de rotación en el hielo que actúa como guía para el borde de salida de la piedra, desviándolo en la dirección de rotación. Las heridas en el hielo guían con éxito las piedras deslizantes y los jugadores usan escobas para agregar sus propias heridas artificiales.
Energía física
La velocidad de una piedra que se encrespa da como resultado energía cinética (vea la Figura 2), un tipo de energía que se produce durante el movimiento de un objeto. La energía cinética de una piedra aumenta a medida que aumentan su velocidad y su peso. Su fórmula general es:
dónde ke es la energía cinética (expresada en julios), metros es la masa del objeto (expresada en kg), y v La velocidad del objeto (expresada en m/s).
Muchas leyes de la física afectan el juego de curling. Una es la ley de conservación de la cantidad de movimiento de Newton, que establece que la cantidad de movimiento de un objeto permanece constante a menos que una fuerza externa actúe sobre él. Esta ley describe perfectamente el movimiento de las piedras que se encrespan a lo largo de la pista.
Conclusión
El curling requiere una buena comprensión de la física para que los jugadores jueguen de manera efectiva. Los juegos se ven afectados por muchos factores que deben estudiarse cuidadosamente, como los diferentes tipos de fricción entre la piedra y el hielo, la energía cinética, la rotación y la conservación del momento. El movimiento de una piedra que se encrespa se ve afectado por muchas variables y debe entenderse completamente para mejorar la habilidad y la estrategia de un jugador.