Cómo funcionan los yoyos

Los yoyos son uno de los juguetes más populares, incluso después de cientos de años. Ver más fotos de juguetes.

En la superficie, el yo-yo es un juguete increíblemente simple:en realidad no es más que un carrete unido a un trozo de cuerda. Pero en las manos adecuadas, puede ser algo extraordinario:un yo-yoist consumado puede enviar el yo-yo volando en todas las direcciones, hacerlo flotar en el aire y luego devolverlo a su palma. ¡La cuerda y la madera (o el plástico) ordinarias cobran vida!

Esto puede parecer magia, pero en realidad es solo física en acción. Tanto el yo-yo clásico como los sofisticados yo-yos "automáticos" que han surgido en los últimos años son demostraciones notables de principios científicos fundamentales.

En este artículo, examinaremos estos principios para descubrir qué hace que los yo-yos se comporten de una manera tan inesperada. También veremos la historia de los yo-yos y veremos cómo han cambiado a lo largo de los años.

Contenido

1. Una buena acción
2. Dormido al volante
3. Abre el embrague

Una buena acción

En el diseño original del yo-yo, la cuerda estaba asegurada al eje. En el diseño moderno, la cuerda solo se enrolla alrededor del eje, lo que permite que el yo-yo "duerma".

El yo-yo es uno de los juguetes más populares y duraderos de todos los tiempos. Los antiguos griegos jugaban con ellos hace más de 2500 años, y hay alguna evidencia de que los chinos habían desarrollado juguetes similares antes de eso. En cualquier caso, el yo-yo ha demostrado una longevidad fenomenal:es más antiguo que cualquier otro juguete excepto la muñeca.

Ha habido varias variaciones en el diseño del yo-yo a lo largo de los años. En el diseño original, que siguió siendo popular hasta principios del siglo XX, la cuerda estaba atada de forma segura al eje. Este diseño alcanzó una gran popularidad en Europa en los siglos XVIII y XIX, donde tuvo varios nombres, entre ellos bandelore , cuestionario y L'emigratte .

En el yo-yo moderno, traído a los Estados Unidos desde Filipinas en la década de 1920 (ver más abajo), la cuerda solo se enrolla alrededor del eje. Para comprender el significado de esta diferencia, examinemos los principios físicos que actúan en ambos tipos de yoyos.

En ambos diseños, el yo-yoist enrolla la cuerda con fuerza alrededor del eje. Sentado en la palma de la mano del yo-yo, el yo-yo tiene una cierta cantidad de energía potencial (energía de posición). Esta energía potencial toma dos formas diferentes:

• El yo-yo se sostiene en el aire, lo que le da la posibilidad de caer al suelo.
• El yo-yo tiene una cuerda enrollada a su alrededor, lo que le da el potencial de girar mientras se desenrolla.

Cuando se suelta el yo-yo, ambas formas de energía potencial se transforman en energía cinética . El carrete de yo-yo cae directamente al suelo, lo que genera una cierta cantidad de impulso lineal (impulso en línea recta). Al mismo tiempo, la cuerda se desenrolla y el carrete gira, lo que genera un momento angular (momento de rotación).

Cuando el yo-yo llega al final de la cuerda, no puede caer más. Pero, debido a que tiene una gran cantidad de momento angular, seguirá girando.

El movimiento giratorio le da al yo-yo estabilidad giroscópica . Un objeto giratorio resiste los cambios en su eje de rotación porque una fuerza aplicada se mueve junto con el objeto mismo. Si empuja un punto en la parte superior de una rueda giratoria, por ejemplo, ese punto se mueve hacia el frente de la rueda mientras todavía siente la fuerza que aplicó. A medida que el punto de fuerza sigue moviéndose, termina aplicando fuerza en los extremos opuestos de la rueda; la fuerza se equilibra. Este fenómeno mantiene el eje de un yo-yo perpendicular a la cuerda, siempre que el yo-yo gire lo suficientemente rápido. (Consulte Cómo funcionan los giroscopios para obtener más información).

Si la cuerda está unida de forma segura al eje, como en el diseño original, el eje giratorio agarrará la cuerda y comenzará a enrollarla; el yo-yo volverá a subir por la cuerda. El yo-yo debe dar un ligero tirón a la cuerda mientras el yo-yo se rebobina, para compensar la energía perdida por la fricción. .

En el yo-yo moderno, hay menos fricción entre la cuerda y el eje, ya que la cuerda solo se enrolla alrededor del eje. Cuando el carrete se desenrolla por completo, no agarrará automáticamente el resorte, simplemente girará libremente. Para hacer que el yo-yo rebobine , el yo-yoist tira un poco de la cuerda. Este tirón aumenta brevemente la fricción entre la cuerda y el eje para que el eje comience a enrollar la cuerda. Una vez que comience a rebobinarse, este tipo de yo-yo volverá al yo-yoist como el diseño anterior.

La capacidad de hacer girar el carrete del yo-yo al final de su cuerda, o "dormir ", hizo que el yo-yo fuera un desafío mucho más interesante. Los yo-yoistas intentan mantener el carrete dormido mientras hacen formas con la cuerda y balancean el yo-yo alrededor de ellos. Otro truco es "pasear al perro " -- deja que el carrete giratorio ruede por el suelo antes de volver a meterlo.

A lo largo de los años, los fabricantes han ideado una serie de mecanismos para facilitar este tipo de trucos. En la siguiente sección, veremos algunas de las variaciones más populares que se encuentran en los yoyos modernos.

Mencionar nombres importantes

La palabra "yo-yo" y el diseño moderno del yo-yo provienen de Filipinas. A diferencia de los yoyos originales chinos y griegos, los yoyos filipinos (la palabra significa "ven, ven" o "regresa" en el idioma tagalo nativo) tenían la capacidad de "dormir". Este juguete único puede haber sido una adaptación del yo-yo chino, o puede haberse desarrollado a partir de un arma de caza filipina. En cualquier caso, data de al menos unos cientos de años en la región.

En la década de 1920, un inmigrante filipino llamado Pedro Flores decidió traer este diseño de yo-yo a los Estados Unidos. Logró cierto éxito de inmediato y, en 1929, vendió su empresa a un hombre de negocios llamado Donald Duncan. Duncan registró el nombre "yo-yo" y, durante las próximas décadas, hizo que su empresa se convirtiera en el principal fabricante de yo-yos.

Los competidores de Duncan lanzaron productos similares, con varios nombres diferentes (incluidos "twirler" y "whirl-a-gig"). Pero el público adoptó el término "yo-yo", lo que llevó a las empresas rivales a desafiar la marca registrada de Duncan. En 1965, la Corte Federal de Apelaciones dictaminó que el término se había convertido en genérico, por lo que cualquiera podía usarlo. En el mismo año, la compañía Duncan quebró y vendió el nombre Duncan a Flambeau Plastics Company, que todavía vende yoyos de la marca Duncan en la actualidad.

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Dormido al volante

Un diseño de yo-yo con rodamiento de bolas:Los rodamientos de bolas reducen la fricción entre la cuerda y el eje, lo que hace es más fácil para el yo-yo "dormir".

Para la mayoría de las personas, la parte más difícil del yo-yo es lograr que el carrete se duerma el tiempo suficiente para realizar algunos trucos. Para hacer que un yo-yo común se duerma por un tiempo, debes lanzarlo con mucha fuerza para que acumule un fuerte momento angular. Pero cuando lanzas un yo-yo rápido, tu mano tiende a sacudirse, jalando el carrete hacia adentro. Los principiantes en el yo-yo también tienen problemas para "despertar" un yo-yo (sacarlo de un sueño). Se necesita mucha práctica para obtener el equilibrio adecuado para poner el yo-yo en reposo con éxito.

Los fabricantes de yoyos han probado una serie de cosas para que sea más fácil mantener un yoyo durmiendo y hacer que se despierte de nuevo. Una de las mejoras más sencillas fue redistribuir el peso en el yo-yo para alterar su momento de inercia .

El momento de inercia de un objeto es una medida de su resistencia a los cambios de rotación. Esto está determinado por dos factores:cuánta masa tiene el objeto y qué tan lejos está esa masa del eje de rotación del objeto. . El aumento de la masa hace que un objeto sea más difícil de rotar y más difícil de dejar de girar, al igual que el aumento de la distancia entre la masa y el eje de rotación (una losa de arcilla enrollada, por ejemplo, es más difícil de girar que una bola de arcilla apretada con el misma masa).

Si aumentas el momento de inercia en los discos de un yoyo, el yoyo podrá dormir más tiempo; se necesita más trabajo para detener la rotación. Por esta razón, los fabricantes suelen concentrar el peso en yoyos de alto rendimiento alrededor del borde exterior de la bobina. Dado que la distancia entre el eje de rotación y gran parte de la masa es mayor, la bobina tendrá un momento de inercia mayor.

Otro enfoque consiste en reducir aún más la fricción entre la cuerda del yo-yo y el eje. Un método popular es configurar un conjunto de cojinetes de bolas alrededor del eje del yo-yo, de modo que el eje en sí esté separado de la cuerda. Puede ver cómo funciona un sistema de rodamientos típico en el siguiente diagrama.

El conjunto de cojinete consta de dos carreras , esencialmente pistas ranuradas para rodamientos de bolas. La pista interior rodea inmediatamente al eje, y la pista exterior está separada por el ancho de un cojinete. Los cojinetes de bolas se colocan entre las dos carreras. La cuerda del yo-yo se enrolla alrededor de la pista exterior, por lo que nunca toca el eje. Las pistas no están unidas entre sí:la pista interior puede inclinarse ligeramente dentro de la pista exterior.

Cuando lanzas el yo-yo, la acción de desenrollado hace girar la pista exterior. La fuerza del lanzamiento inclina la pista interior dentro de la pista exterior, lo que aumenta la fricción entre ambas pistas y los rodamientos de bolas. Efectivamente, la acción de inclinación bloquea las carreras juntas, por lo que giran al unísono. De esta forma, la pista exterior giratoria hace girar la pista interior, que hace girar el eje del yo-yo.

Cuando el yo-yo llega al final de su cuerda, el movimiento giroscópico de los discos giratorios tiende a nivelar las carreras, por lo que están alineadas uno con el otro. Con esta configuración, los rodamientos de bolas pueden moverse sin problemas entre las dos pistas. Si los cojinetes están correctamente lubricados, reducirán significativamente la fricción entre las dos pistas y protegerán los cojinetes.

Para despertar el yo-yo, tiras de la cuerda. Esto inclina la pista exterior en relación con la pista interior, aumentando la fricción en los cojinetes. El movimiento giratorio de la pista exterior hace que el yoyo vuelva a subir por la cuerda.

Este mecanismo hace que sea más fácil mantener un yo-yo dormido, pero no ayuda mucho a despertarlo. En la siguiente sección, veremos el interior de los nuevos yo-yos "automáticos" que duermen y regresan solos.

Abre el embrague

En este yoyo, un mecanismo de embrague libera el eje cuando el yoyo gira rápidamente y lo agarra de nuevo cuando el yo-yo disminuya la velocidad. Esto hace que el yo-yo regrese automáticamente antes de que se detenga.

En la locura del yo-yo de la década de 1990, un nuevo tipo de yo-yo automático comenzó a aparecer en todas partes. Yomega, el fabricante líder de estos yoyos, anunció su modelo como "el yoyo con cerebro". Parece que estos yo-yos tienen cierto nivel de inteligencia, ya que saben exactamente cuándo dormir y despertar, pero el "cerebro" es en realidad solo un embrague centrífugo . Puede ver cómo funciona este mecanismo en el siguiente diagrama.

Al igual que en el yo-yo con rodamiento de bolas que vimos en la última sección, este diseño de yo-yo no permite que la cuerda toque el eje directamente. En su lugar, la cuerda se enrolla alrededor de un eje pedazo. El eje, que está montado en las dos mitades del yo-yo, pasa por el centro del eje, pero las dos piezas no están realmente conectadas.

Sin embargo, el eje y el eje se moverán al unísono cuando el yo-yo gire lentamente gracias al mecanismo de embrague del yo-yo. El mecanismo de embrague, que se encuentra dentro de uno de los discos yo-yo, consta de dos brazos de resorte metálicos. . Estos brazos tienen un peso en un extremo y están conectados al cuerpo del yo-yo en el otro extremo. Cuando el yo-yo está parado o gira lentamente, los resortes presionan los brazos contra el eje, de modo que la rotación del eje gira todo el yo-yo. Pero a medida que el yo-yo acelera, la fuerza centrífuga empuja los extremos pesados ​​de los brazos hacia afuera, contra los resortes. Los brazos sueltan el eje, de manera que el eje y el resto del yo-yo se mueven de forma independiente.

Cuando lanzas el yo-yo, inicialmente gira lentamente. El embrague está bloqueado y los discos son girados por el eje de desenrollado. Pero justo antes de que el yo-yo haya llegado al final de su cuerda, está girando lo suficientemente rápido como para que el embrague suelte el eje. El momento angular del disco hace que el yo-yo siga girando, pero el eje se ralentiza. Eventualmente, los discos también se ralentizan y la fuerza centrífuga que actúa sobre los brazos disminuye. Cuando la fuerza centrífuga hacia afuera cae por debajo de la fuerza hacia adentro de los resortes, los brazos se cierran con abrazadera en el husillo. Esto transfiere el movimiento giratorio de los discos al huso, lo que hace que el huso rebobine la cuerda y regrese a la palma de la mano.

Este juguete es mucho más elaborado que los yoyos de terracota de la antigua Grecia, pero tiene el mismo atractivo básico. Los yoyos continúan siendo tan populares debido a su maravillosa simplicidad. Hay algo de magia indefinible en tomar un carrete ordinario y, con nada más que un movimiento de muñeca, convertirlo en un trompo activo. No importa qué mecanismos avanzados se agreguen a los yoyos, esta simple alegría será el corazón de su atractivo.

Para obtener más información sobre los yoyos, incluido cómo realizar algunos trucos populares de yoyos, consulte los enlaces en la página siguiente.

Más enlaces excelentes

• Asociación Americana de YoYo
• PhysLink.com:¿Cómo funcionan los yoyos?
• Haz tu propia cuerda de yo-yo
• ¡Preparándose para el Yo-Yo!
• The Straight Dope:¿Quién inventó el yo-yo y por qué?