4. La "anulación" de la gravedad

"El agua no se derrama de una vasija que gira, incluso cuando dicha vasija se encuentra boca abajo, porque se lo impide la rotación" - escribía hace dos mil años Aristóteles. En la Figura 33 se representa este experimento, que sin duda han hecho muchos. Procurando que el cubito con el agua gire con suficiente rapidez se consigue que esta última no se derrame ni siquiera en aquella parte de la trayectoria en que el cubo está boca abajo.

Generalmente se suele explicar este fenómeno por la acción de la "fuerza centrífuga", entendiendo por ésta una fuerza imaginaria que, al parecer, va aplicada al cuerpo y que hace que 58 tienda a separarse del centro de rotación. Pero esta fuerza no existe. La tendencia antedicha no es otra cosa que una manifestación de la inercia, y todo movimiento inercial se realiza sin que en él tome parte fuerza alguna. En Física se entiende por fuerza centrífuga otra cosa, es decir, la fuerza real con que el cuerpo en rotación tensa el hilo que lo sujeta o presiona sobre el camino circular que recorre. Pero esta fuerza no está aplicada al cuerpo que se mueve, sino al obstáculo que impide que este cuerpo se mueva en línea recta, es decir, al hilo, a los raíles en los trozos curvos de las vías, etc.

Volviendo al caso del cubito que gira, procuraremos esclarecer la causa de este fenómeno sin recurrir al concepto de la "fuerza centrífuga". Empezaremos por plantearnos la pregunta siguiente: ¿Hacia dónde se dirigiría el chorro de agua si hiciéramos un orificio en la pared del cubo? Si no existiera la gravedad, el chorro de agua seguiría por inercia, la dirección de la tangente AK a la circunferencia AB (Figura 33). Pero la gravedad hace que el chorro descienda y describa la curva AP (parábola). Si la velocidad circular es suficientemente grande esta curva será exterior a la circunferencia AB.

Este chorro nos indica el camino que seguiría el agua (mientras gira el cubo) si las paredes que presionan sobre ella no se lo impidieran. Con esto queda claro por qué el agua no tiende en general a moverse verticalmente hacia abajo y por qué no se derrama del cubo. Para que se derramase sería necesario que la boca del cubo estuviera orientada en el sentido de su rotación.

Calculemos ahora con qué velocidad debe girar el cubo de este experimento para que el agua no se derrame.

W = v²/R

Figura 33. ¿Por qué no se derrama el agua cuando le damos vueltas al cubo?

Esta velocidad deberá ser suficiente para que la aceleración centrípeta del cubo en rotación no sea menor que la aceleración de la gravedad; en estas condiciones el agua tenderá a seguir una trayectoria que se encontrará fuera del círculo descrito por el cubo y, por consiguiente, no podrá quedar rezagada con respecto a él. La fórmula para calcular la aceleración centrípeta W es la siguiente:

Siendo v la velocidad circular y R el radio del camino que recorre el cubo. Como la aceleración de la gravedad en la superficie de la Tierra es g = 9,8 m/seg², tendremos la desigualdad

Si tomamos R igual a 70 cm,

de donde

No es difícil calcular que para obtener esta velocidad es necesario que la mano dé cerca de vuelta y media por segundo. Esta velocidad de giro es fácil de conseguir y, por consiguiente, el experimento se puede realizar sin dificultad.

La propiedad que tienen los líquidos de apretarse contra las paredes del recipiente que los contiene, cuando éste gira alrededor de un eje horizontal (o vertical), se emplea en la técnica de la fundición en la llamada colada centrífuga. Este procedimiento tiene la ventaja de que si el líquido no es homogéneo se distribuye por capas según los pesos específicos de sus partes componentes, con la particularidad de que las partes más pesadas ocupan los puntos más alejados del eje de rotación, mientras que las más ligeras se sitúan próximas a dicho eje. Esto hace que los gases que contiene el metal fundido (que suelen ocasionar las llamadas "sopladuras") son expulsados de dicho metal hacia el centro, es decir, hacia la parte hueca de la fundición. Las piezas de fundición fabricadas por este procedimiento son compactas y no presentan sopladuras. La fundición por colada centrífuga resulta más barata que la colada a presión y tiene la ventaja de que para ella no se necesitan máquinas complicadas.