Spinners, Física, Smartphones y más

En pocos meses se ha vuelto furor este pasatiempo ansiolítico en todo el mundo y tan rápida ha sido la tormenta que ya casi ha pasado de moda. El Fidget Spinner fue creado como un juguete para reducir la ansiedad y supuestamente mejorar la atención de algunos niños. Por el contrario hay muchos que lo consideran una distracción. Se trata de algo extremadamente simple. Tan simple que extraña que se haya puesto de moda. Un rulemán. Un simple rulemán o rodamiento con dos o tres brazos que se hace girar entre los dedos a gran velocidad durante un par de minutos. Por cierto que de niños jugábamos con rulemanes y era muy divertido. Entonces ¿por qué aparece en este formato y da la vuelta al mundo? Ni idea, no tengo explicación para este tipo de fenómenos sociales. Creo que desde la invención de la rueda que la humanidad no se fascinaba tanto con algo que girara. Y tengo mis dudas de que la rueda haya fascinado tanto. Me cuesta entender que de pronto surja semejante interés en estas rueditas ya que hoy en día nadie le presta mucho interés a otros objetos giratorios más interesantes, como trompos, giróscopos y muchos otros. Yo tengo colección de estos juguetes y siempre me han interesado por la variedad de fenómenos físicos que se pueden observar. Entonces el spinner también me ha interesado, aunque sea mucho más simple. Como sea, el Fidget Spinner se ha puesto de moda y tal vez por algunos días más siga estando entre nosotros. Después, cuando pase la fiebre, estaremos todos preguntándonos cuándo y cómo fue que nos interesamos por estos juguetes, diciendo "qué anticuados aquellos días del spinner". Y no estamos lejos de ese día. Mientras tanto, este interés por el Spinner se puede utilizar a favor en las clases de física o en actividades de divulgación, como elemento motivador para hablar de algunos principios básicos de las rotaciones, así como también una excusa para presentar experimentos tradicionales que los estudiantes tal vez encuentren más atractivos por el simple hecho de hacerlos con su propio Spinner.

SECCIONES:

  1. Fidget Spinner y precesión.
  2. Medida de rotación con luz e interfaz.
  3. Medida de rotación por método acústico con smartphone.
  4. Medida de rotación por método magnético con smartphone.
  5. Medida de rotación por método magnético con Arduino.
  6. Momento de inercia del spinner.
  7. Un Fidget Spinner doble péndulo caótico.
  8. Curiosidades más allá de la física.
    • Fidget Spinner y biología.
    • Fidget Spinner con impresora 3D.
    • Fidget Spinner y arqueología.
    • Un motor eléctrico con Fidget Spinner.
    • Fidget Spinner y teorías conspirativas (y un poco de humor).




1. Fidget Spinner y precesión.

En este video el divulgador español José Luis Crespo (QuantumFracture), propone utilizar el spinner para demostrar y comprender algunas propiedades de los rígidos en rotación, como los movimientos de precesión y nutación.




Un indicador de calidad del spinner es la velocidad de rotación que puede alcanzar. Otro factor íntimamente relacionado con el anterior es el tiempo durante el cual se mantiene girando. Una actividad interesante para proponer a los estudiantes así como también para aficionados, es medir la velocidad de rotación del spinner y observar de qué modo decrece con el tiempo hasta detenerse. Hay muchas formas de conseguir estas medidas mediante métodos ópticos, acústicos o magnéticos, utilizando un smartphone o una interfaz o electrónica sencilla con Arduino.


2. Medida de rotación con luz e interfaz:

En su artículo "Want to know how long a fidget spinner spins? Get a laser and some physics," Rhett Allain utiliza un puntero láser y un sensor de luz conectado a una interfaz. El láser se dirige hacia el sensor de luz y cuando el spinner gira, sus brazos interrumpen el haz del láser. De ese modo se puede medir el tiempo que demora en dar una vuelta y de ahí la velocidad de rotación. 


Esta gráfica representa la luz detectada por el sensor. Tres ciclos corresponden a una vuelta completa del spinner (en este caso T = 0,14 s, es decir f = 7 Hz, que equivale a 420 rpm)


Este gráfico muestra la velocidad de rotación en función del tiempo. La pendiente corresponde a la aceleración angular del spinner (en este caso a = -1,35 rad/s^2).



3. Medida de rotación por método acústico con smartphone:

Una forma de medir la velocidad es utilizar aire comprimido para hacer girar el spinner mientras con el smartphone se mide la frecuencia del sonido producido por el spinner. Como tiene tres brazos, la frecuencia de rotación será un tercio de la frecuencia del sonido. Esto fue lo que hicieron Matt Parker y Steve Mould en los dos videos siguientes:







4. Medida de rotación por método magnético con smartphone:

Otra forma de medir la velocidad de rotación consiste en magnetizar uno de los extremos del spinner con un pequeño imán y medir la frecuencia de rotación mediante el sensor magnético del smartphone. Cada vez que el brazo magnetizado pasa cerca del smartphone, el sensor magnético detecta un incremento en el campo magnético. Es decir que cada vuelta se registra un pulso magético. Con la aplicación PhyPhox, creada por Sebastian Kuhlen, se puede medir la frecuencia de esos pulsos, gracias a que esa app cuenta con una herramienta que permite visualizar la transformada de Fourier en tiempo real del magnetómetro. Esa frecuencia registrada por el magnetómetro es igual a la frecuencia de rotación. El único problema de este método es que no permite medir velocidades muy altas, ya que esto se ve limitado por la velocidad de respuesta del smartphone que se utilice.





5. Medida de rotación por método magnético con Arduino:

El mismo principio se puede implementar con un sensor Hall y un circuito muy sencillo basado en Arduino, tal como lo describe Andriy Baranov en "Fidget Spinner RPM Counter."





6. Momento de inercia del spinner.

Una magnitud central en la dinámica de las rotaciones es el momento de inercia, el cual mide la dificultad que ofrece un objeto para cambiar de velocidad de rotación. Una forma usual para medir esta cantidad es construir un péndulo físico colgando el spinner de una varilla y así medir el período de oscilación. Este período está relacionado con el momento de inercia del spinner mediante el teorema de Steiner (o teorema del eje paralelo). Es una actividad de exploración que puede ser interesante para proponerle a los estudiantes, tal como cuenta Rhett Allain en "Let’s explore the physics of rotational motion with fidget spinner."




7. Un Fidget Spinner doble péndulo caótico.

Un péndulo doble es uno de los sistemas más sencillos con los que se puede observar el comportamiento de un sistema caótico, es decir en el que un cambio infinitesimal en las condiciones iniciales genera movimientos completamente diferentes. La empresa EME Tools desarrolló el Rotablade Pendulum MK2, un Fidget Spinner con doble articulación que permite "jugar" con la teoría del caos entre nuestros dedos.

[Actualización (12 set 2017): Sobre la física el Spinner Péndulo Doble recomiendo el artículo de Rhett Allain: "THE SERIOUS PHYSICS BEHIND A DOUBLE PENDULUM FIDGET SPINNER."]









.: 8. CURIOSIDADES MÁS ALLÁ DE LA FÍSICA:.



Fidget Spinner y biología.

Una centrífuga fidget spinner para experiencias de biología fabricada con impresora 3D: "Lab Centrifuge Fidget Spinner" by Matlek.





Fidget Spinner con impresora 3D.

Por supuesto que también puedes imprimir muchos otros modelos de spinner. En este video tienes varias ideas y recursos:




Fidget Spinner y arqueología.

En el Museo del Instituto Oriental de la Universidad de Chicago se encuentra una pieza de arcilla encontrada en la región de Tell Asmar, en Mesopotamia, datada con casi 4000 años de antigüedad, yetiquetada como "Juguete giratorio con cabezas de animales." Una editora de Wired escribió en Twitter: "Prueba de que no hay más ideas originales."
Lo curioso es que a partir de la notoriedad que adquirió esta pieza, el museo anunció que en realidad se trataba de un error de identificación que data de 1932 y que para 2019 el museo será renovado incluyendo a esta pieza, en su identificación actual, según los expertos, como una maza.



Un motor eléctrico con Fidget Spinner.

El spinner también se puede utilizar para diversos proyectos de aficionados o de clubes de ciencia. Un ejemplo es este motor sin contactos (sin escobillas) propuesto por Dave Bodnar "Fidget Spinner to Brushless Motor." El rotor de este motor está formado por un spinner con imanes en cada brazo. El estator consiste en una sencilla bobina fabricada a mano.





Fidget Spinner y teorías conspirativas (y un poco de humor).

Como no podía ser de otra forma con una moda que se ha vuelto viral, no han faltado los especuladores paranoicos que ven en todo una amenaza premeditada, en este caso un invento diabólico para estupidizar a las masas. Ver "Russia Claims Fidget Spinners Are a Form of Hypnosis Used by Anti-Government Activists." La seriedad que este tema merece me recuerda aquella serie animada de Steven Spielberg, "Pinky y Cerebro." Si hay alguien con el intelecto y la claridad estratégica para dominar el mundo con el Fidget Spinner, sin lugar a dudas que sería Cerebro. Hasta aquí mi comentario sobre la importancia que le atribuyo a tales ideas.









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