¿Por qué torcer un corcho hace que sea más fácil sacarlo de una botella?

Cuando el corcho está atascado y estático, es la fricción estática la culpable de mantenerlo fijo.

Tan pronto como el corcho se mueve, en cualquier dirección, la fricción estática es reemplazada por fricción cinética.

Friccion kinetica,$f_k=\mu_k n$, es típicamente menor que la fricción estática máxima,$f_s\leq \mu_s n$(porque el coeficiente de fricción cinética normalmente es más pequeño que el coeficiente de fricción estática,$\mu_k<\mu_s$), por lo que, siempre que desee mover algo que está atascado, intente hacerlo girar, girar y mover antes de sacarlo.

^{Con algunos votantes negativos y comentaristas llamando mi atención, que la respuesta anterior no es completamente suficiente, a continuación he agregado la mitad faltante que cubre la cuestión del apalancamiento.}

Naturalmente, solo es un buen truco girar el corcho y luego sacarlo, si superar la fricción estática para hacerlo girar es más fácil que superar la fricción estática tirando de él hacia afuera. Como mencionan los comentarios, esto puede ser más fácil debido al apalancamiento:

• Sacarlo en línea recta requiere la fuerza,$F_{pull}$, ejercida por su brazo para igualar y superar la de la fricción estática,$f_s$, totalmente, uno a uno. Entonces estás luchando contra la primera ley de Newton directamente 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.}

• Se puede girar el corcho aplicando fuerza en los extremos más alejados del mango del sacacorchos/abridor de vino. Esa fuerza crea un par,$\tau$, y cuanto más lejos,$r$, desde el centro se aplica la fuerza (cuanto mayor es el apalancamiento), mayor se vuelve el par:

  $$\tau=F_{you}r_{handle}.$$ Este par a su vez provoca una fuerza cortante,$F_{cork}$, contra las fuerzas de fricción estáticas en la periferia del corcho. Siempre que el mango de la herramienta permita un mayor apalancamiento que el radio del propio corcho,$r_{handle}>r_{cork}$, entonces puede generar suficiente fuerza en la periferia del corcho con menos fuerza en el mango: $$\tau=F_{you}r_{handle}\quad\text{ and }\quad \tau=F_{cork}r_{cork}\quad\Leftrightarrow\\ F_{you}r_{handle}=F_{cork}r_{cork}\quad\Leftrightarrow\quad F_{you}=F_{cork}\frac{r_{cork}}{r_{handle}}.$$ Ya que ahora es esta nueva fuerza,$F_{cork}$, que debe vencer la fricción estática,$F_{cork}>f_s$, y no su propia fuerza de tracción, y dado que la fuerza de torsión,$F_{you}$, aplicas es menor que,$F_{you}<F_{cork}$, entonces es mucho más fácil hacer que el corcho gire y, por lo tanto, supere la fricción estática, y luego aplique una fuerza de tracción posterior que supere más fácilmente la fricción cinética más pequeña.

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

Como dijo Anna V, se pueden romper los lazos que hacen que sea más fácil moverse una segunda vez después de que se haya movido una vez.

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

Déjame tomar una foto:

El corcho ha hecho enlaces químicos con el 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) hace que la superficie se despegue, 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 lleva tiempo que se formen los enlaces entre el corcho y la botella.

Sus todos los ángulos y la geometría del cuerpo.

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

Si saca el corcho, piense en los músculos que está usando. Tienes que usar los músculos del hombro y de la parte superior del brazo. Mira el apalancamiento que tienes. Poco. Contraste eso con girar el 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 para generar ese par. Solo haciendo una estimación, un corcho tiene un radio de aproximadamente 12 mm y el brazo humano mide alrededor de 600 mm, por lo que tiene una ventaja mecánica de alrededor de 60 veces al girar.

Una vez que está girando, llega a la respuesta de Steven. El giro significa que ya no nos enfrentamos a la fricción estática del corcho contra el vidrio. Solo nos ocupamos de su fricción cinética. Esto suele ser mucho más bajo, por lo que ahora es mucho más fácil usar esos músculos grandes axialmente.

tl; dr : torcer el interior de un corcho puede comprimirlo, lo que facilita su extracción. El mismo método se utiliza con tapones de espuma para los oídos .

La torsión hace que el corcho sea más pequeño.

Los materiales tienden a comprimirse cuando se retuercen internamente.

Ejemplos:

1. Tapones para los oídos de espuma.
   Los tapones para los oídos de espuma son básicamente lo mismo que los corchos, en el sentido de que son tapones hechos de un material algo comprimible. Para insertar tales tapones para los oídos , las personas los enrollan en una configuración más ajustada, lo que los comprime. Entonces pueden entrar en una oreja.

2. Tenedor en espaguetis.
   Para comer espagueti, la gente a menudo inserta un tenedor y gira el tenedor. Esto hace que los espaguetis se aprieten alrededor del tenedor, lo que hace que sea más fácil levantarlos.

3. Tela de secado.
   Digamos que una toalla u otra tela está mojada. Entonces, alguien podría torcer el material para comprimirlo, expulsando el agua del interior.

4. Enhebrar una aguja.
   Las agujas tienen pequeños agujeros para que pase el hilo. Pero el hilo deshilachado puede ser demasiado grande para entrar; entonces, alguien podría torcer el hilo para compactarlo, haciendo que sea mucho más fácil enhebrar una aguja.

Entonces, si alguien tuerce un corcho, puede ayudar a comprimirlo.

Interesante pregunta. Así es como lo explicaría:

Es importante tener en cuenta que NO es necesario tirar mientras gira el corcho, si tiene abridores apropiados que usan palanca, entonces es probablemente la mejor y más fácil manera de hacerlo.

Entonces, esta pregunta solo puede responderse en el contexto de NO tener las herramientas adecuadas. Para ser precisos en la respuesta, seleccione una herramienta de este tipo, la forma más común es usar un cuchillo pequeño y plano y perforar el corcho y luego tirarlo lentamente mientras lo gira.

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

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

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

1. En el contexto de la herramienta que utiliza:

Como ya se mencionó, a diferencia de las tapas de botellas (que tienen rosca), no es necesario girar un corcho para abrirlo. Pero si desea girarlo depende en gran medida de la herramienta que utilice. En nuestro caso estamos usando un cuchillo. Ahora puedes ver muy bien lo que va a pasar si lo jalo. El cuchillo saldrá de la misma forma en que entró, lo que significa que no hay gancho ni agarre en el cuchillo, aparte de la fricción entre la superficie del cuchillo y el corcho, para sostener el corcho mientras se extrae. Entonces, la única forma es tirar lentamente del sistema con un movimiento giratorio.

¿Qué genera la rotación? Entre otras cosas que se analizan a continuación, genera una mayor presión entre la superficie de la cuchilla y el corcho (esencialmente, está presionando la superficie de la cuchilla con fuerza contra el corcho), por lo tanto, AUMENTA LA FRICCIÓN. Ahora que hemos aumentado la fricción, podemos usar más fuerza de la que hubiera sido posible si no estuviéramos girando.

2. el corcho -

El corcho está recién cortado (lo que significa que es muy probable que se use por primera vez), por lo que la superficie suele ser muy rugosa. De hecho, esta es esencialmente la razón por la que no puede usar un corcho varias veces sin que se produzcan fugas. Cuando gira, esencialmente está haciendo el trabajo que haría un molinillo de piedra. Estás esmerilando y puliendo la superficie del corcho en contacto con la botella. Ahora, es un hecho conocido que las superficies lisas se mueven fácilmente en comparación con las superficies rugosas (esta es esencialmente la razón por la cual las llantas de los vehículos tienen varios patrones y no calvas).

3. El lado fisiológico de esto-

Estás aplicando fuerza usando manos humanas, y cualquier discusión sobre lo mismo estaría incompleta sin considerarlas. Se puede verificar fácilmente que rotar la muñeca es muy diferente a acercar el brazo a usted, lo que significa que los músculos involucrados son diferentes en ambos contextos (compruébelo usted mismo tratando de rotar la muñeca y luego tirando de algo todo el tiempo sintiendo qué los músculos están tensos)
Dado que estamos usando diferentes músculos en combinación, es natural sentirse más fácil de rotar y tirar que simplemente tirar.

4. cuello de botella -

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

El punto 4 también se puede aplicar para decir que el movimiento de rotación esencialmente cambia la fricción estática (debido al enlace químico como se explica en otra respuesta de @annav) a fricción cinética, que permanece cinética en la dirección axial a pesar de que no hay movimiento a lo largo del eje (elaborando la respuesta por @steeven).

El paso de torsión inicial es ergonómicamente más fácil que el tirón inicial que sería necesario para mover el corcho. Para ello hay que superar el rozamiento estático entre el corcho y el cristal. También puede haber fuerzas de van der Waals que deben romperse antes de que el corcho comience a moverse. Una vez que el corcho se mueve, la fricción es menor y se puede tirar. Tenga en cuenta que los dispositivos mecánicos no se molestan en girar, simplemente tiran.

¿Por qué torcer un corcho hace que sea más fácil sacarlo de una botella?

Cuando aplicas una fuerza axial y, posiblemente, un torque al corcho (y, al contrario, a la botella), generas un estado de tensión tangencial entre el corcho y el cuello de la botella.

Con$A$siendo la zona de contacto,$N$la fuerza axial y$W$el par, la componente longitudinal es$\tau_{rz}=N/A$y la componente tangencial es$\tau_{r\phi}=W/(rA)$,$r$siendo el radio interior del cuello.

Debido a que el corcho comienza a moverse cuando la resultante de la tensión tangencial entre el corcho y el cuello de la botella

excede el enlace de fricción, se puede reconocer que aplicando un torque (girando el corcho) se reduce la fuerza axial$N$que necesitas ejercer.

Después de establecer que la aplicación de un torque reduce la$N$necesario para comenzar a mover el corcho, cuando el corcho comienza a moverse todo es cuesta abajo porque el coeficiente de fricción es diferente (fricción estática versus dinámica) y también la superficie de contacto se reduce continuamente.