A menudo, muchos de los experimentos míticos que demuestran
las leyes de la física están totalmente fuera de nuestro alcance por su
complejidad. Pocos se pueden permitir tener un acelerador de partículas a en el
dormitorio. Pero otros muchos son los suficientemente sencillos como para
hacerlos en casa. En este artículo voy a plantear uno tan sobradamente sencillo
que espero a nadie le dé pereza hacerlo antes terminar de leer este texto.
El experimento demuestra una característica un tanto
sorprendente sobre como los objetos caen debido a la gravedad. El que el
resultado de este experimento resulte sorprendente
para la mayoría de los que
no están familiarizados con las características de la ley de la gravedad es en sí
curioso. Existe una teoría cada vez más aceptada que propone que los humanos
nacemos con una serie de herramientas mentales que permiten a los niños adquirir
de forma autónoma una intuición básica sobre cómo se comporta el mundo
alrededor. Por tanto, al igual que adquirimos el lenguaje de forma natural,
también adquirimos una serie de conocimientos básicos sobre física, biología,
psicología, etc. Estos conocimientos intuitivos son extremadamente útiles para
desenvolvernos en el día a día, y se manifiestan en modelos científicos
arcaicos como el de Aristóteles. Para Aristóteles por ejemplo, un cuerpo
necesita ser empujado por una fuerza para moverse (de ahí la necesidad de un
primer motor) y los objetos que caen al suelo lo hacen porque tienen un
componente de tierra que desea volver a su lugar natural.
Pero en ocasiones, nuestro conocimiento intuitivo resulta
ser un tanto incorrecto cuando se contrasta con la realidad estudiada con más
precisión. Aún siguen siéndonos de gran utilidad en el día a día, pero no explican
verdaderamente cómo se comporta el mundo real. Actualmente, gracias a Galileo y
a Newton entre otros, sabemos que un objeto en el vacío se mueve a una velocidad
constante a no ser que alguna fuerza lo frene, y los objetos no caen al suelo
por que quieran volver a ser tierra. Lo que les atrae es la gravedad, una
extraña fuerza de la que sabemos en gran detalle cómo se comporta, sin tener
una idea totalmente clara de su causa.
El creador del canal de Youtube Veritasium, Derek Muller, es
un experto en este tipo de divergencia entre nuestro conocimiento intuitivo de
la física y la física científica. Su tesis doctoral está centrada en la
enseñanza y en cómo para que los alumnos desarrollen su conocimiento de la
física de forma eficiente, es necesario sacar a la luz este tipo de conceptos
“erróneos”. En sus vídeos, sale a la calle una y otra vez para hablar con gente
corriente o con sus colegas productores de videos científicos en Youtube, para
encontrar este tipo de malentendidos a distintos niveles. En uno de mis
favoritos, invita a algunos transeúntes a hacer predicciones sobre el
experimento que voy a enunciar a continuación.
Para realizar este experimento en realidad se necesitaría
una cámara que pudiera crear un vacío, para retirar el factor de la resistencia
del aire. Pero como imagino que pocos tenéis una de esas en el armario de la
cocina, lo haremos un poco más cutre. El experimento consiste en dejar caer dos
objetos a la vez. Uno pesado y otro más ligero. Lo ideal serían dos objetos
esféricos de parecido tamaño, porque así, la resistencia del aire es
prácticamente imperceptible. Cuanto mayor sea el contraste entre el peso de los
dos objetos, más claro quedará el experimento.
Así que ahora os toca ponernos a buscar estos dos objetos.
En mundo perfecto yo utilizaría una bola de plomo y una pelota de tenis. Pero
una pelota de tenis y una piedra de tamaño parecido valdrían. Otras variantes
podrían ser una bola de tenis y una naranja. Una bola de ping-pong, y una
canica grande. Un balón de baloncesto y uno medicinal. Creo que el concepto
queda claro. Dos objetos con el mismo tamaño, pero uno mucho más pesado que el
otro. Y si son esféricos mucho mejor. Si
uno de los objetos os va a descuajaringar las baldosas, se entiende que mejor
hacerlo en la calle. Y de usar naranjas u otras frutas, pues ya sabéis como se
va a quedar la pieza en cuestión.
El siguiente paso es dejar caer ambos objetos al suelo desde
una distancia razonable, de metro y medio o dos metros. Ambos deben soltarse
desde la misma distancia simultáneamente. Y por último, la parte más
importante. Observar cual cae primero. En esta parte es en la que está el
meollo del experimento ¿Qué objeto caerá antes, el pesado o el ligero? ¿O
caerán los dos a la vez? Para observarlo con más precisión podéis pedir a
alguien que os ayude. Una persona deja caer los objetos mientras que la otra
observa y luego cambiáis. Incluso podéis grabarlo en vídeo.
Ahora es momento de hacer el experimento, y no leáis el
resto hasta que hayas acabado.
Imagino que pocos han apostado por que el objeto más ligero
sea el primero en tocar el suelo. Entre el objeto más pesado cayendo primero o
los dos cayendo a la vez puede haber más diferencia de opiniones. Yo tengo la
impresión de que cualquiera que no haya prestado mucha atención en las clases
de física en el cole, probablemente se inclinará por la primera opción. Es
bastante lógico ya que en nuestra experiencia real los objetos más pesados
tienden a caer más rápidamente. Una bola cae rápido y una hoja despacio. Si
tiras un televisor y una caja de cartón al suelo desde una azotea, el televisor
va a llagar antes y a descuajeringarse más. Por tanto, en nuestro repertorio
natural de leyes de la física, lo objetos pesados caen más rápido y hay que
tener cuidado de que no aterricen en tu cabeza. Pero lo que hace que esto sea
así no es la gravedad, es la resistencia al aire. Un objeto ligero tiende a
tener una superficie mayor ofreciendo resistencia al aire en proporción a su
peso. Al ofrecer una mayor resistencia tarda más en caer.
Así que en realidad, como imagino que ya habréis comprobado,
el resultado del experimento es que ambos objetos caen a la vez. El primero en
realizar este experimente fue el mismísimo Galileo. Se dice que él realizó su
experimento en lo alto la Torre de Pisa. Así confirmo su hipótesis de que todos
los objetos caen con una aceleración constante, desbancando la teoría aristotélica
de que la aceleración aumenta en proporción a la masa del objeto en caída. Abajo
dejo un link de un video de YouTube mostrando la versión pro de este
experimento, algo que me encantaría ver en persona algún día. En este
experimento una pluma y una bola de metal se dejan caer al mismo tiempo en una
cámara especial, primero a presión atmosférica normal y luego vaciada de aire.
Es increíble ver como la pluma y la bola de metal caen al mismo tiempo en el vacío.
La causa de que los dos objetos caigan a la vez es
sorprendente. En principio el campo gravitatorio de la tierra ejerce una fuerza
mayor sobre los objetos con más masa, dándole en parte la razón a Aristóteles.
Si tiramos una cascara de pipa y un balón medicinal al suelo, la tierra está
ejerciendo una atracción mucho mayor sobre el segundo objeto. Entonces… ¿Por
qué caen al mismo tiempo en el vacío? La respuesta es la inercia. Los objetos
con más masa tienen una inercia mayor. Esto significa que hay que ejercer una
fuerza mayor para cambiar su velocidad. Si un objeto muy masivo está en
movimiento hace falta una gran fuerza para pararlo y si está en reposo, hará
falta una gran fuerza para ponerlo a andar. Para ilustrar el concepto
imaginemos que queremos mover un coche y un carrito de la compra por el
aparcamiento de un centro comercial. Para hacer que el coche se mueva vamos a
tener que aplicar mucha más fuerza, ya que este tiene mucha más masa. Por el
contrario para mover el carrito la fuerza requerida es menor. Lo mismo le
sucede a la tierra. El campo gravitatorio de la tierra ejerce una influencia
mayor en un objeto pesado como el balón medicinal, pero también tiene que tirar
más fuerte para hacer que se mueva. La atracción gravitatoria ejercida sobre la
cascara de pipa es mucho menor, pero ponerla en movimiento es fácil. Como ambos
efectos, la atracción gravitatoria y la inercia, se dan en proporción a la masa
de cada objeto, los dos se cancelan exactamente y los objetos caen a la vez si
no hay una atmosfera que altere la velocidad de la caída.
Añado el link a varios
videos de youtube. El primero que es en gran medida el que me inspiró a
escribir esto, del canal Veritasium. Los otros dos son grabaciones de objetos
con masas diferentes en caída libre en el vacío, uno en una cámara y el otro en
la luna.
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