Fisica .La caída libre según Galileo

La caída libre según Galileo

Fuente: VI Feria Madrid por la Ciencia

Materiales

• Moneda y papel

• Bomba de vacío

• Tubo de Newton

• Plano inclinado de 4 m

• Recipiente con agua

• Puertas ópticas

Introducción

Siguiendo el diálogo entre los tres personajes de Galileo, Salviati, Sagrado y Simplicio en la obra Discursos y demostraciones matemáticas concernientes a las 2 nuevas ciencias pertenecientes a la Mecánica y movimiento local (1638), se analizan las características de la caída libre y el tipo de movimiento con el que caen los objetos. Se responde a preguntas como:

• ¿Qué cae antes, un objeto pesado u otro de peso menor?

• ¿Qué ocurre si se disminuye la resistencia del aire?

Utilizando un largo plano inclinado de 4 m, se analiza la relación que existe entre las distancias que recorren una bola y los tiempos que se emplean en recorrerlas. Esto se hace para diferentes inclinaciones. Al final, extrapolando, como hizo Galileo, se plantea la cuestión:

¿Qué ocurre si el plano inclinado se sitúa vertical?

Desarrollo

Se lanzan desde una cierta altura una moneda y un papel, por separado. El papel tarda más en alcanzar el suelo. Si se arruga el papel hasta el tamaño de la moneda y se dejan caer juntos, llegan al suelo prácticamente al mismo tiempo. Esto es más evidente si la experiencia se repite con una pelota y un trozo de poliestireno expandido en un tubo de Newton del que se ha extraído el aire con una bomba de vacío. En la Luna, en ausencia del aire, los astronautas repitieron la experiencia de Galileo con un martillo muy pesado y una pluma muy ligera.

1. Desde la parte alta del plano inclinado de cuatro metros, construido con las instrucciones del propio Galileo, se deja caer una bola. En ese momento se abre el grifo de un gran recipiente de agua. El agua que cae la recogemos, en otro recipiente, hasta que llega a una determinada posición, momento en el que se cierra el grifo

2. Se pesa el agua caída, que debe ser proporcional al tiempo

3. Repitiendo la experiencia varias veces puede llegarse a la relación entre la distancia recorrida y el cuadrado del tiempo

Con mucha más precisión, esta relación puede comprobarse con puertas ópticas situadas a determinadas distancias sobre el plano. Al soltar la bola se inicia la cuenta del tiempo en todas las puertas y un cronómetro se detiene cuando la bola pasa frente a ellas. La experiencia puede repetirse para varias inclinaciones.

Para una inclinación de 20/400 (la altura del plano de 20 cm), se obtienen estos valores, que demuestran que hay una proporcionalidad directa entre s y t2.

¿Qué hizo el visitante?

Fue curioso comprobar que se mantienen muchas de las ideas aristotélicas en los visitantes, especialmente, la creencia de que la velocidad de caída depende del peso de los cuerpos.

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