¿Por qué al retorcer un corcho es más fácil sacarlo de la botella?

Question

Cuando queremos quitar un corcho de una botella primero giramos el corcho. El giro en un sentido facilita la extracción en sentido axial.

¿Alguien sabe algo más al respecto?

Answer 1

Cuando el corcho está atascado e inmóvil, es la fricción estática la culpable de mantenerlo fijo.

En cuanto el corcho se mueve -en cualquier dirección-, la fricción estática se sustituye por fricción cinética.

Fricción cinética, $f_k=\mu_k n$ suele ser inferior al rozamiento estático máximo, $f_s\leq \mu_s n$ (porque el coeficiente de fricción cinética suele ser menor que el coeficiente de fricción estática, $\mu_k<\mu_s$ ), y por eso, siempre que quieras mover algo que está atascado, intenta que gire y se mueva antes de sacarlo.

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Algunos votantes y comentaristas me han hecho notar que la respuesta anterior no es suficiente, por lo que he añadido la parte que falta sobre la cuestión del apalancamiento.

Naturalmente, sólo es un buen truco hacer girar el corcho y luego sacarlo, si vencer la fricción estática para hacerlo girar es más fácil que vencer la fricción estática sacándolo directamente. Como se menciona en los comentarios, esto puede ser más fácil debido a la palanca:

• Tirar de él en línea recta requiere la fuerza, $F_{pull}$ ejercida por tu brazo para igualar y superar la de la fricción estática, $f_s$ completamente, uno a uno. Entonces estás luchando directamente contra la 1ª ley de Newton y debes ejercer una fuerza: $$\sum F > 0\quad\Leftrightarrow\quad F_{you}-f_s>0 \quad\Leftrightarrow\quad F_{pull}>f_s$$ También puede haber otros factores que contribuyan a la fuerza necesaria, como la presión en la botella, como señala otra respuesta.

• La rotación del corcho puede realizarse aplicando fuerza en los extremos del mango de la herramienta sacacorchos/abrevinos. Esa fuerza crea un par de torsión, $\tau$ y cuanto más lejos, $r$ A mayor distancia del centro desde el que se aplica la fuerza (cuanto mayor sea la palanca), mayor será el par: $$\tau=F_{you}r_{handle}.$$ Este par provoca a su vez una fuerza de cizallamiento, $F_{cork}$ contra las fuerzas de fricción estáticas en la periferia del corcho. Siempre que el mango de la herramienta permita hacer más palanca que el radio del propio corcho, $r_{handle}>r_{cork}$ entonces puede con menos la fuerza en la empuñadura genera suficiente fuerza en la periferia del corcho: $$\tau=F_{you}r_{handle}\quad\text{ and }\quad \tau=F_{cork}r_{cork}\quad\Leftrightarrow\\ F_{you}r_{handle}=F_{cork}r_{cork}\quad\Leftrightarrow\quad F_{you}=F_{cork}\frac{r_{cork}}{r_{handle}}.$$ Ya que ahora es esta nueva fuerza, $F_{cork}$ que debe superar la fricción estática, $F_{cork}>f_s$ y no su propia fuerza de tracción, y ya que la fuerza de torsión, $F_{you}$ es menor que, $F_{you}<F_{cork}$ Entonces es mucho más fácil hacer que el corcho gire y así superar la fricción estática, y luego aplicar una fuerza de tracción posterior que supere más fácilmente la fricción cinética menor.

Answer 2

Como ha dicho Steeven, la fricción cinética es una fuerza menor que la estática. Una vez que el corcho se mueve en cualquier dirección, es más fácil moverse en la dirección deseada.

Como ha dicho Anna V, pueden romperse lazos que faciliten un segundo movimiento después de que se haya movido una vez.

¿Por qué es más fácil la rotación que el movimiento longitudinal? Piense en un destornillador. Un mango de gran diámetro permite ejercer una gran fuerza de torsión sobre el tornillo. Es decir, pequeñas fuerzas a gran distancia del eje aplican grandes fuerzas a pequeña distancia. Así que el mango grande del sacacorchos ayuda.

Answer 3

Déjame intentarlo:

El corcho se ha unido químicamente al vidrio. Estos son los mismos para todos los dS de la superficie del corcho: la diferencia es que al girar el corcho debido al movimiento circular, un pequeño d(theta) despega la superficie, las fuerzas resistivas no se sumarán( diferentes direcciones). Para la dirección axial la superficie es continua y las fuerzas necesarias son aditivas. Una vez que se despega, la fuerza axial es efectiva, porque se necesita tiempo para que se formen los enlaces entre el corcho y la botella.

Answer 4

Interesante pregunta. Así es como yo lo explicaría -

Es importante tener en cuenta que NO es necesario tirar mientras se tuerce el corcho, si usted tiene abridores adecuados que utilizan la palanca, entonces su probablemente el la mejor manera y la más fácil para hacerlo.

Así que esta pregunta sólo puede responderse en el contexto de NO disponer de las herramientas adecuadas. Para ser precisos en la respuesta, lo más habitual es utilizar un pequeño cuchillo plano para perforar el corcho y tirar de él lentamente mientras se gira.

Rompiendo este problema en todos los componentes de trabajo, tenemos,

1. El cuchillo que se usa como abridor
2. el corcho
3. El músculo humano, que proporciona la fuerza esencial
4. El cuello de la botella en contacto con el corcho

Entonces, ¿POR QUÉ GIRAR MIENTRAS SE TIRAN HACE LA VIDA MÁS FÁCIL?

1. En el contexto de la herramienta que utiliza -

Como ya se ha mencionado, a diferencia de los tapones de botella (que tienen rosca), no es necesario girar el corcho para abrirlo. Pero si quieres girarlo o no, depende mucho de la herramienta que utilices. En nuestro caso utilizamos un cuchillo. Ahora puedes ver muy bien lo que va a pasar si simplemente tiro de él. El cuchillo saldrá de la misma manera que entró, lo que significa que no hay ningún gancho o agarre en el cuchillo, aparte de la fricción entre la superficie del cuchillo y el corcho, para mantener el corcho mientras se tira. Así que la única manera es tirar lentamente del sistema usando un movimiento rotatorio.

¿Qué genera la rotación? Entre otras cosas que se explican más adelante, genera una mayor presión entre la superficie de la cuchilla y el corcho (básicamente, está presionando con fuerza la superficie de la cuchilla contra el corcho), por lo que AUMENTA LA FRICCIÓN. Ahora que hemos aumentado la fricción, podemos utilizar más fuerza de la que hubiera sido posible si no estuviéramos rotando.

2. El corcho -

El corcho está recién cortado (lo que significa que es muy probable que se utilice por primera vez), por lo que la superficie suele ser muy rugosa. De hecho, esta es esencialmente la razón por la que no se puede utilizar un corcho varias veces sin que haya fugas. Cuando se gira, se está haciendo esencialmente el trabajo que haría una amoladora de piedra. Estás esmerilando y puliendo la superficie del corcho en contacto con la botella. Ahora bien, es un hecho conocido que las superficies lisas se mueven con facilidad en comparación con las superficies rugosas (esta es esencialmente la razón por la que los neumáticos de los vehículos tienen varios dibujos en ellos y no calvos).

3. El lado fisiológico de esto

Usted está aplicando la fuerza utilizando manos humanas, y cualquier debate al respecto estaría incompleto sin tenerlas en cuenta. Se puede comprobar fácilmente que rotar la muñeca es muy diferente a acercar el brazo, lo que significa que los músculos implicados son diferentes en ambos contextos (compruébelo usted mismo intentando rotar la muñeca y luego tirar de algo mientras siente qué músculos están tensos).
Dado que estamos utilizando diferentes músculos en combinación, es natural sentir más fácil rotar y tirar frente a sólo tirar.

4. Cuello de botella -

Fíjate en que el cuello de la botella es casi siempre más ancho por fuera que por dentro (y por eso los tapones de corcho también tienen la misma forma). Esto ayuda esencialmente a redirigir la fuerza normal debida al corcho en dirección ligeramente exterior (la reacción es perpendicular a la superficie y la superficie aquí está incluida). Por lo tanto, en un sentido vago, usted está utilizando esencialmente el movimiento de rotación para generar una fuerza hacia arriba, contrariamente a la situación habitual en la que todo (par, movimiento, etc) en un movimiento de rotación es perpendicular al movimiento axial.

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El punto 4 también se puede aplicar para decir que el movimiento de rotación esencialmente cambia la fricción estática (debido a la unión química como se explica en otra respuesta de @annav) a la fricción cinética, que sigue siendo cinética en la dirección axial a pesar de no haber movimiento a lo largo del eje (elaborando la respuesta de @steeven).

Answer 5

Es todo ángulos y geometría del cuerpo.

Así que, obviamente, el corcho se puede sacar directamente. Eso es lo que hacen los sacacorchos. Así que sabemos que el corcho puede soportar el estrés de ser sacado, o girado. Debe estar en las manos.

Si sacas el corcho, piensa en los músculos que estás utilizando. Tienes que usar los músculos del hombro y del brazo. Mira la palanca que tienes. No mucha. En contraste con la rotación del corcho. Si giras el corcho, es una rotación sobre un eje muy pequeño, y tu cuerpo está diseñado para poder sujetar y dirigir toda su fuerza muscular a generar ese par. Sólo por estimar, un corcho tiene unos 12 mm de radio, y el brazo humano unos 600 mm, así que tienes unas 60 veces más de ventaja mecánica al girar.

Una vez que su giro, esto llega a la respuesta de Steeven. El giro significa que ya no nos ocupamos de la fricción estática del corcho contra el cristal. Sólo nos ocupamos de su fricción cinética. Esta suele ser mucho menor, por lo que ahora es mucho más fácil utilizar esos grandes músculos axialmente.