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Rattleback o peonza celta: la física detrás de estos objetos que siempre giran hacia el mismo sentido

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14/10/2019 - 17:34:08
Xataka.- En 1895, el f�sico ingl�s Sir Gilbert Walker, publicaba "Sobre la curiosa propiedad din�mica de las celtas". Fue un estudio para la Universidad de Cambridge donde analizaba el singular movimiento realizado por las peonzas celtas, una serie de objetos que se caracterizan por girar �nicamente en un sentido. Objetos alargados donde pese a que se empujen en sentido contrario, por ellos solos acaban girando en el sentido donde son estables.

No estamos ante objetos complejos, pues en ocasiones basta con una peque�a pieza de madera. �C�mo logran entonces superar la inercia y girar siempre de la misma forma? La clave est� en la asimetr�a, una peque�a diferencia en la distribuci�n de la masa que logra crear un sentido de giro preferente.

Se llaman peonzas celta, rattleback o anagiro, pero todos se basan en el mismo principio f�sico. La forma m�s t�pica es similar a un semielipsoide, pero no es dif�cil encontrar tutoriales para crear en casa nuestra propia peonza celta. Para aquellos que no quieran complicarse, tambi�n se venden en internet por unos pocos euros.
Objetos que parecen desafiar la conversaci�n del momento angular

Una de las formas m�s conocidas de esta peonza celta es un bloque de madera semielipsoidal con unas peque�as tortugas, colocadas en los extremos y que marcan el sentido preferente de giro con sus cabezas. Lo que tenemos b�sicamente son pesos, que logran crear una asimetr�a suficiente para generar este curioso movimiento. El fen�meno es f�cil de describir a grandes rasgos, cuando ponemos a la peonza a girar en un sentido horario, observamos como se acaba parando y se pone a girar en un sentido antihorario.

Pese a su sencillez aparente, las peonzas celtas son un objeto muy interesante para analizar por sus condiciones f�sicas. Mediante c�maras estereosc�picas y t�cnicas de seguimiento digital, los cient�ficos han podido analizar a lo largo de los a�os su movimiento al detalle y explicarlo mediante las leyes de la f�sica cl�sica.

Como nos explica La Mula Francis, "la raz�n del curioso comportamiento de la peonza celta es la forma de canoa de la base, que no es sim�trica respecto al eje y". Una asimetr�a que "puede parecer peque�a, pero hace que el momento de inercia respecto al eje x sea mucho mayor que respecto al eje y, este efecto hace que la estabilidad de las oscilaciones respecto a dichos ejes tenga signo opuesto".

Esta diferencia de momento de inercia provoca que al final un sentido de giro prevalezca sobre el otro. Al describir el movimiento de la peonza celta, lo que se observa es que existe un peque�o cabeceo en los momentos iniciales. Este peque�o movimiento es clave, pues aqu� se produce una transferencia de energ�a entre la velocidad de giro y el cabeceo. Un intercambio que acaba provocando que la peonza se pare.

"Cuando ponemos a rotar la peonza en el eje z en sentido horario le damos una energ�a cin�tica E. Como la oscilaci�n respecto al eje x es inestable, peque�as oscilaciones en el eje x se ven amplificadas a costa de �robarle� energ�a a la rotaci�n respecto al eje z. Por tanto, la velocidad de rotaci�n en el eje z se reduce hasta parar, mientras que la oscilaci�n en eje x se amplifica hasta alcanzar una velocidad m�xima", explica Villatoro.

Los investigadores A. Garc�a y M. Hubbard analizaron en 1988 el movimiento de estas peonzas y describieron c�mo este cabeceo es clave para explicar el sentido de giro preferente. En las rattleback peque�as es dif�cil de apreciar, por lo que tuvieron que construir una peonza celta de gran tama�o para observarlo con m�s facilidad.

Conforme la amplitud del cabeceo crece, el giro va perdiendo velocidad angular hasta pararse. En ese momento, la direcci�n de giro de la peonza se invierte y el cabeceo vuelve a estar en desventaja, por lo que la peonza aumenta su velocidad angular de nuevo. Como el giro en sentido antihorario es estable, ya no hay una trasferencia de energ�a con el cabeceo que predomine y por tanto la peonza puede seguir girando con normalidad. Al menos hasta que por fricci�n se acabe deteniendo, como en las peonzas "normales".

Precisamente por la fricci�n, estas peonzas celtas suelen tener problemas para girar directamente con su sentido de giro preferente. La distribuci�n de pesos es tal, que si directamente las hacemos girar en su sentido "bueno", el rozamiento es m�s relevante y les cuesta mucho m�s girar.

Sin duda unos curiosos objetos que por su forma parecen desafiar las leyes de la f�sica, pero simplemente son representaciones de lo sorprendente que puede ser el movimiento cuando los cuerpos presentan una asimetr�a alejada de lo que habitualmente estamos acostumbrados a ver. Un movimiento llamativo pero donde las leyes de la f�sica cl�sica son suficientes para explicarlo.

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