Caída libre
Objetivo
  • Comprobar que en el vacío todos los cuerpos caen con igual velocidad.
  • Realizar algunas experiencias sencillas con la bomba de vacío.
Introducción
La tierra atrae a los cuerpos pero no todos caen de la misma forma debido al rozamiento con el aire. Vamos a observar en esta experiencia el efecto que realiza el aire sobre los cuerpos que caen y como al eliminar este los cuerpos caen con la misma velocidad.
Materiales
  • Bomba de vacío.
  • Tubo de Newton.
  • Objetos pesados: bola metálica, ...
  • Objetos ligeros: Trocito de porexpan, pluma, cofetis
Realización práctica
  • 1.- Colocamos la bola metálica y un trocito de porexpan en el interior del tubo de Newton y lo cerramos con el tapón con válvula.
  • 2.- Invertimos el tubo y observamos que la bola metálica llega antes que el porexpan al otro extremo del tubo.
  • 3.- Conectamos el tubo de Newton a la bomba y hacemos vacío dentro del tubo.
  • 4.-Apagamos la bomba y desconectamos el tubo de Newton.
  • 5.- Invertimos el tubo y observamos lo que ocurre con la bola metálica y el trocito de porexpan.
Tubo de Newton conectado a la bomba de vacío
Precauciones
  • Esta experiencia no necesita precauciones especiales por lo sencillo de su realización.
  • Como siempre que se maneje una bomba de vacío hay que recordar que hay que cerrar la válvula de la campana antes de parar la bomba para evitar que se salga el aceite.
Explicación científica
Bola y porexpan cayendo por el tubo
  • El tubo de Newton es un instrumento que sirve para demostrar que la acción de la gravedad se ejerce por igual sobre todos los cuerpos.
  • En un medio, a presión atmosférica, el aire hace que los cuerpos caigan con distinta velocidad debido a que, según su forma, presentan más o menos resistencia al aire.
  • En el vacío, la densidad del aire es muy baja y por tanto la resistencia a la caída es prácticamente nula para todos los cuerpos.
  • Entonces, debido a que la aceleración de caída es la misma en todos los casos, también lo es el tiempo que tardan en caer con independencia de forma y densidad.

Curiosidades y otras cosas
  • Las conclusiones de los estudios de Galileo acerca del movimiento de los graves diferían también mucho de los textos que sobre el mismo asunto había dejado Aristóteles. Éste último pensaba que el movimiento real de un objeto venía determinado por la tendencia del elemento presente en mayor abundancia. El vapor sube, pues se ha introducido fuego en el agua que se calienta. Una piedra grande cae más rápidamente que una pequeña porque tiene más tierra.
  • Se sabía antes de Galileo que los aristotélicos estaban equivocados en sus teorías sobre la caída libre. Así, John the Grammarian (Juan el Gramático, siglo V-VI) ya había escrito y realizado observaciones acerca de la opinión que sobre la caída libre tenía Aristóteles: “Es completamente errónea, y esta opinión nuestra es comprobable por observación mejor que recurriendo a ningún argumento verbal. Pues si uno deja caer desde la misma altura dos pesos, de los cuales uno tiene muchas veces el peso del otro, se observa que la razón de los tiempos empleados en el movimiento no depende de la razón de los pesos, sino que la diferencia entre los tiempos es muy pequeña”. No obstante, afirma con toda claridad que este hecho experimental se refiere al movimiento en el seno de un medio y piensa que en un vacío la velocidad de caída sería proporcional al peso.
  • También Leonardo da Vinci (1452-1519) escribió mucho acerca de la caída de los cuerpos, pero nunca decía si consideraba la resistencia del aire o no, aunque también mostraba su desacuerdo con la opinión del filósofo griego. A Leonardo le debemos el primer enunciado conocido para la ley de la caída libre: “El cuerpo que se mueve con movimiento natural adquiere en cada estadio de movimiento estadios de velocidad; tales estadios (de velocidad) se encuentran en la misma proporción el último respecto al penúltimo como el segundo respecto al primero”.
  • Galileo quien ha pasado a la historia como el descubridor de los detalles de la descripción correcta de este movimiento, por ser parte de toda una revolución, y haber incluido su desarrollo como parte de un sistema más general de la mecánica.
  • En un ambiente a presión atmosférica, el aire hace que los cuerpos caigan con distinta velocidad debido a que según su forma presentan más o menos resistencia al aire. En el vacío, existe una densidad de aire muy baja y por tanto la resistencia a la caída es prácticamente nula para todos los cuerpos, entonces debido a que la aceleración de caída es la misma en todos los casos, también lo es el tiempo que tarda en caer un cuerpo liviano como es por ejemplo una pluma u otro más pesado, en este caso una bola.
  • En la misión Apolo 15, el astronauta David R. Scott llevó a cabo el experimento inspirado en la idea de la caída libre de Galileo: dos objetos de masa diferente caen con la misma aceleración en ausencia de rozamiento con el aire. En este caso tomaron un martillo y una pluma y comprobaron que el martillo y la pluma soltados simultáneamente llegaron juntos al suelo y chocaron contra él prácticamente a la vez.
Bibliografía

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