Introducción
Cuando observamos con detenimiento a nuestro alrededor, sin dudas, podremos ser testigos fidedignos del desarrollo de innumerables fenómenos, estos acontecimientos los hemos ido enmarcando o estructurando en interminables hojas que componen o constituyen el infinito libro que describe la historia de la inmensa labor del hombre en la búsqueda del entendimiento de su medio ambiente que lo acobija, y todos sabemos que dicha labor la ha podido llevar a cabo gracias a la implementación de la poderosa herramienta de investigación experimental como lo es la ciencia en todas sus ramificaciones.
Por lo tanto, como la ciencia estudia todo lo que nos rodea, esta esencial característica nos permite poder aplicarla en cualquier espacio-tiempo de nuestra existencia, y por lo tanto, en esta oportunidad seguiremos observando ejemplos prácticos y sencillos desde nuestras casas y que además nos permitan demostrar lo antes expresado, y en esta oportunidad lo haremos de manera general con el tema planteado en este artículo relacionado con el centro de gravedad.
Cualquier objeto o cuerpo que se encuentra a nuestro entorno estará constituido por un conjunto de partículas, en donde, cada una de ellas posee un particular peso debido a que actúa la fuerza gravitacional atrayéndola al centro de la Tierra, por lo tanto, la fuerza resultante, de todas esas fuerzas particulares y paralelas entre sí constituyen el peso total de determinado cuerpo a estudiar, entonces, el centro de gravedad de un determinado sistema de partículas podemos considerarlo como aquel punto geométrico, en donde, la acción gravitacional ejercida a cada una de estas partículas origina un momento o torque nulo, esto nos hace expresar que el centro de gravedad es aquel punto en donde se encuentra concentrado todo el peso del objeto, cuerpo o sistema de partículas.
Lo antes expresado nos llevara a realizar una serie de experimentos en casa con la finalidad de poder ubicar el centro de gravedad de determinados sistemas de partículas, y además demostrar que podemos desarrollar ciencia desde nuestros hogares de una forma simple y muy didáctica que nos permita además educar a nuestros estudiantes desde cualquier espacio-tiempo donde nos encontremos.
Centro de gravedad
Hemos expresado que cualquier cuerpo u objeto a nuestro entorno se encuentra constituido por determinadas partículas, cada una de ellas será influenciada por la acción gravitacional terrestre, y el cumulo de cada una de estas fuerzas paralelas entre sí, darán un fuerza resultante que expresará el peso total de determinado cuerpo, como podemos observar en la siguiente figura 1.
La anterior característica, por supuesto, la podemos encontrar en nuestra propia entidad física (cuerpo), ya que este también se encuentra constituido por un gran conjunto de partículas, y las mismas son atraídas por la fuerza gravitacional ejercida por el núcleo de la Tierra, esto es lo que nos permite permanecer sobre la corteza de la misma, claro está, mientras nuestros cuerpos permanezcan dentro del radio de acción de dicho campo gravitacional.
Lo antes expresado nos lleva al análisis de un maravilloso fenómeno al cual hemos denominado como centro de gravedad, y como ya se ha explicado, cada objeto o cuerpo posee un determinado peso el cual es representado por la fuerza resultante de todas aquellas fuerzas particulares de cada partículas que lo compone, y además, dicho peso es posible concentrarlo en un único punto geométrico de cualquier sistema de partícula, esto es lo que estaremos demostrando en cada una de las experiencias o experimentos que realizaremos.
Antes de comenzar con el desarrollo de nuestros pequeños pero significativos ejemplos experimentales, debemos hacer referencia y resaltar que el centro de gravedad de determinado objeto o cuerpo siempre dependerá del campo gravitatorio en el cual se encuentre dicho sistema de partículas, y además resaltar también otro importante aspecto el cual nos expresa que el centro de gravedad estará relacionado directamente con el esencial equilibrio del sistema de partícula, aspecto que estaremos utilizando en nuestros casos experimentales, a continuación podremos observar los siguientes ejemplos en las siguientes imágenes.
En las anteriores imágenes pudimos observar una determinada estructura con una muy buena base de apoyo, y cuya vertical pasa por el centro de gravedad el cual se ubicará entre dicha base de apoyo, sin embargo, al ir agregando peso sobre la columna de la derecha iremos desplazando dicho centro de gravedad, hasta que dicho centro de gravedad se encuentre en línea vertical con la columna derecha de nuestro sistema.
A lo que el centro de gravedad se desplace en línea vertical con la columna indicada (derecha) vemos como esta columna es capaz de sostener toda la estructura por sí sola, es decir, existe un adecuado equilibrio de nuestro sistema de partículas.
Ahora observaremos si es posible sujetar una moneda sobre un billete, esto dependerá de la localización del centro de gravedad de dicha moneda, y para ello procedemos de la siguiente manera como visualizaremos en las siguientes imágenes.
En las anteriores imágenes pudimos observar como el billete y la moneda por sí solo, logran encontrar su equilibrio, esto en el centro de gravedad de la moneda, y es tanto así, que podemos hasta movilizar dicha moneda con todo y billete.
Seguimos ubicando distintos ejemplos, en donde podremos ubicar el centro de gravedad de determinado sistema de partícula como podemos observar en las siguientes imágenes.
En las anteriores imágenes logramos mostrar otro sencillo ejemplo representado por un palo de escoba, y el mismo al estar desenganchado de la escoba su centro de gravedad lo ubicaremos en la mitad del mismo, sin embargo, al enroscarle la escoba dicho centro de gravedad se traslada más cerca del extremo de donde se encuentra la escoba debido a que es el lado que más pesa, y nos toca que ubicar el punto en donde dicho sistema se equilibre, como pudimos visualizar en las anteriores imágenes.
Es importante expresar que el centro de gravedad es un punto imaginario, y dicho punto (centro de gravedad) no siempre se encuentra dentro del sistema estudiado, lo cual es posible ubicarlo fuera de este, cómo podemos observar en la siguientes imágenes.
En las anteriores imágenes observamos como el centro de gravedad se encuentra fuera de dicho sistema, debido a que dicho centro se encuentra entre los dos martillo, en este caso debajo de nuestro punto de apoyo, otros ejemplos sería un CD en donde el centro de gravedad estaría en el centro del mismos, es decir, en el espacio hueco.
Para cerrar con nuestros ejemplos relacionado a la localización del centro de gravedad de determinados sistemas de partículas, debemos resaltar nuevamente que dicho centro de gravedad está vinculado con el equilibrio de dichos sistemas de partículas, en donde, encontramos una esencial ley de la estática la cual expresa que un determinado cuerpo conseguirá estar en equilibrio siempre y cuando la vertical que pasa por su respectivo centro de gravedad se encuentre dentro o sobre el polígono que constituye la base de apoyo, por lo tanto, es importante vincularnos con la siguiente estructura que podrán observar a continuación en las siguiente figura 2.
La anterior estructura pudiéramos decir que representa un ejemplo de la famosa torre inclinada de Pisa y la misma se encuentra en equilibrio estable, primero debido a que fue elaborada con distintos materiales, por ejemplo, con materiales pesados hasta más o menos una ¼ parte de dicha estructura, y de allí hacia arriba con materiales cada vez más livianos, esto permitió poder equilibrar el centro de gravedad de dicha torre, y la respectiva línea vertical que pasa por su centro de gravedad aún cae dentro de la base poligonal que sujeta o soporta toda la estructura, tal y como pudimos observar en nuestra torre inclinada de nuestra figura 2.
Conclusión
Siempre que nos relacionemos con el centro de gravedad de un determinado sistema de partículas, es importante tener en cuenta que nos estamos vinculando con el equilibrio de este, y dicho centro de gravedad dependerá del campo gravitatorio en donde se encuentre tal sistema de partículas.
Frecuentemente se tiende a confundir el centro de gravedad con el centro de masa, sin embargo, en forma general no son iguales, a pesar que en determinadas ocasiones coinciden debido a que el tamaño del sistema al cual se le determinan ambos es pequeño en relación a aquel sistema generador del campo gravitacional.
En el presente artículo pudimos demostrar cómo es posible establecer algún centro de gravedad en determinados sistemas que se encuentran en nuestro entorno, esto con ejemplos muy sencillos y de forma didáctica para una mejor comprensión del tema planteado, y con ello tener en cuenta que la ciencia la podemos aplicar en cualquier espacio-tiempo donde nos encontremos.
Hasta otra oportunidad mis apreciados lectores de Hive, en especial a los miembros de la gran comunidad de #STEM-Espanol, los cuales reciben el apoyo de otras grandes comunidades como los son #stemsocial y #curie, por lo cual recomiendo ampliamente formar parte de este hermoso proyecto, ya que resalta la excelente labor de la academia y el gran trabajo de todo el campo científico.
Nota: Todas las imágenes fueron elaboradas usando la aplicación de Power Point y el gif animado fue elaborado con la aplicación de PhotoScape, las imágenes fotostáticas fueron captada con la cámara fotográfica del teléfono celular Samsung Galaxy J2 Pro.
Referencias Bibliográficas consultadas y recomendadas
[1]Centro de gravedad y centroide