Todo Variado

El rincón de la Ciencia | | nº 53 (Marzo-2010) |
 Caída libre de los cuerpos (Al-25)Samuel Marcos de Lucas, Javier Lorenzo Díaz, Jose Enrique Antón García, Iago Martínez Colmenero, Jesús Muñoz Bulnes, Pablo García Expósito, Javier Custodio Pérez, Víctor Manuel Espinosa Pastor.Alumnos de 1º Bachillerato en el IES Victoria Kent (Torrejón de Ardoz) |
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¿Influye la masa en la caída libre delos cuerpos?
Cuando se dejan caer al suelo dos cuerpos de características idénticas excepto en la masa, la Física nos dice que caen a la vez; así lo indican las ecuaciones del Movimineto Rectilíneo Uniformemente Acelerado, que es el que tiene un cuerpo en caída libre, en las que no influye la masa. Aun así, como no nos fiamos de las hipótesis teóricas, decidimos comprobarlo experimentalmente.En primer lugar, hay que tener en cuenta que para hacer el experimento se fijan las demás variables, buscando dos cuerpos que tengan el mismo volumen y misma forma y textura, cambiando únicamente la masa. Por ejemplo, podemos utilizar dos pelotas de tenis, que tienen el mismo volumen y son idénticas, y aumentamos la masa de una de ellas. La primera pelota no la modificamos. En la segunda pelota seabre un agujero con un cutter y se rellena de algún material. Se puede rellenar con cualquier cosa: tuercas, arroz, arena, etc. Después se cierra bien con cinta aislante, que a su vez permitirá diferenciar a las pelotas cuando las dejemos caer. Finalmente, se pesan ambas en la balanza, comprobando que la masa es significativamente diferente.
El experimento          
El experimento consistirá endejar caer las pelotas simultáneamente desde un lugar alto, como un edificio, y observar cuál llega antes al suelo. Para los lanzamientos, el equipo se distribuye: uno deja caer las pelotas desde arriba mientras otros graban en vídeo el experimento. Para lanzar las pelotas a la vez se ha empleado una regla, de modo que las dos pelotas, colocadas en la barandilla de una ventana, son empujadas almismo tiempo por ella. En uno de los vídeos se han dejado caer desde un primer piso, en otro desde un tercero, y por último desde un sexto piso.
En el primer vídeo, donde se dejan caer las pelotas desde la altura de un chalet: * Las pelotas se dejan caer desde unos 6,5 m de altura. * La pelota 1, sin alterar, tiene una masa de 60 g. * La pelota 2, rellenada, tiene una masa de 220 g. | |
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En el segundo se emplean las mismas pelotas, que se dejan caer desde un 3º y un 6º piso. * La pelota sin alterar tiene una masa de 50 g. * La pelota rellenada de arena tiene una masa de 180 g. * En el segundo vídeo se dejan caer desde un tercer piso, a unos 12 m de altura. * En el tercer vídeo se dejan caer desde un sexto piso, a unos 24 m de altura. | |
Finalmente, podemosobservar, gracias a los vídeos a cámara lenta, que la pelota con mayor masa siempre cae antes; de hecho, en uno de los vídeos se observa cómo al principio caen simultáneamente y la más pesada empieza a tomar ventaja, contrariamente a lo que pensábamos y la teoría predecía.
¿Por qué sucede esto?
Está claro que hay algún factor que se nos escapa, que no hemos contado en un principio, y que lasecuaciones teóricas, que definen el movimiento de forma ideal, no han tenido en cuenta. Este factor es el aire, dado que el aire ejerce un "empuje" sobre las pelotas y las frena.
¿Por qué se frena más la pelota ligera, que cae después, que la pelota pesada, que cae antes?
El rozamiento que puedan experimentar debido a la forma de las pelotas no puede ser, ya que ambas son idénticas excepto en la masa.La explicación a esto nos la da el Principio de Arquímedes. El aire de la atmósfera es un fluido, y las pelotas están sumergidas en él. El Principio de Arquímedes nos dice que todo cuerpo sumergido en un fluido experimenta un empuje vertical y ascendente igual al peso del volumen de fluido desplazado por dicho cuerpo. Ambas pelotas tienen el mismo volumen, por lo que desplazarán el mismo aire y...