Se vuelve muy fácil volcar una botella de champú cuando está casi vacía. Este es un fenómeno fácil de observar y que provoca curiosidad que, según el profesor de física de la Universidad de Lehigh Jerome Licini, proporciona información sobre el centro de masa y los impactos.

"La física de eso es bastante interesante y fácil de entender, "dice Licini quien, junto con el estudiante de primer año de física Allen Zijun Yuan, escribió un artículo sobre el fenómeno que se publicó recientemente en El profesor de física . En el papel, encuentran el centro de masa de una botella de champú, discutir su estabilidad en una superficie inclinada, y demostrar su sensibilidad a los impactos usando un experimento simple que involucra una pelota de tenis y un transportador.

Escriben:"Un objeto colocado en una superficie inclinada y liberado se volcará si la posición horizontal del centro de masa se encuentra fuera del contorno geométrico de la base del objeto. Esto significa que un objeto con un centro de masa bajo será estable para ángulos de inclinación más grandes. Los estudiantes a menudo se sorprenden al ver que la altitud del centro de masa de una botella de champú es una función no lineal de la fracción ocupada por el contenido. Esto puede, sin embargo, ser visto de una manera sencilla reconociendo que para una botella de plástico, la masa del contenido líquido suele ser mucho mayor que la masa de la botella. Cuando la botella esté completamente llena o completamente vacía, el centro de masa debe estar aproximadamente en el centro geométrico de la botella, pero el centro de masa se vuelve significativamente más bajo en altitud para pequeños niveles de líquido entre esos dos extremos ".

Yuan desarrolló una demostración para mostrar el efecto del impacto y, resulta, incluso más extremo que solo mirar en ángulo.

A continuación se puede ver un video de cinco minutos de esta demostración. El experimento que usa una pelota de tenis, Las botellas de transportador y champú con diferentes grados de llenado para mostrar los efectos del impacto comienzan a las 2:40.

Como explica Licini en el video, usando una botella llena de champú:"Entonces, lo que tenemos aquí es una pelota de tenis montada en una cuerda que puede retroceder en diferentes ángulos. Pones un transportador aquí para medir ese ángulo de lanzamiento. Y observe lo que sucede cuando impacta esta botella de champú. Entonces, puedes ver eso para un ángulo de diez grados, no pasa nada. Para un ángulo de 15 grados, la botella aún está estable. Se necesita un ángulo de aproximadamente 23 grados para darle a esta botella suficiente energía de rotación o momento angular, para elevar el centro de masa por encima del punto de estabilidad, y derribar [la botella] ".

Realizar el experimento con una botella de champú que esté llena al 30 por ciento, Licini dice:"Cuando tenemos nuestra botella con el centro de masa más bajo llena al 30 por ciento, de nuevo, sigue siendo bastante estable. A cinco grados, rebota sin problema. A diez grados, hay impacto pero todavía se balancea y luego vuelve a la estabilidad. Eso es porque el centro de masa es bajo. Se necesita un ángulo de unos trece grados para derribar finalmente esa botella ".

Luego, finalmente, usando la botella de champú vacía, Licini explica:"Pero la botella vacía es mucho más molesta que todo eso. Debido a que la masa es tan ligera, eso significa que tendrá una gran respuesta al impacto. Y, porque el centro de masa está muy alto [por encima de la base], se va a caer fácilmente. Entonces, en este caso, solo se necesita un ángulo de unos tres grados para volcar esa botella. Entonces, mucho menos estable que cualquiera de las otras configuraciones ".

"Construimos una demostración para producir impactos desde un péndulo, "escriben los autores". Una pelota de tenis de 57.7 g de masa golpeando la botella a una altura de 13.7 cm resultó ser una buena combinación de impedancia mecánica y centro de percusión. Se ató una cuerda a la pelota de tenis para que su centro se desplazara en un arco de 37 cm de radio, y se montó un transportador para determinar el ángulo de liberación del péndulo, con 0 ° indicando el punto de impacto cuando la cuerda estaba vertical ... Los ángulos de lanzamiento requeridos para que el impacto incline la botella se podrían determinar en ± 0.5 ° y fueron aproximadamente 20.5 ° para una botella llena, 12,0 ° para el nivel máximo de estabilidad, y solo 3,0 ° para la botella completamente vacía. La energía potencial inicial de la pelota de tenis en estos ángulos viene dada por mg [1 - cos (θ)] y produce valores correspondientes de 13,2 mJ, 4,6 mJ, y 0,3 mJ, ilustrando la drástica disminución de energía necesaria para volcar la botella vacía ".