viernes, 9 de enero de 2009

Experimentos Galileanos en el siglo XXI


En estas fechas de reencuentros y reuniones, asistí a una cena con retos científicos como acompañamiento para los postres. Uno de los amfitriones, cogió una bola de acero y una pluma blanca y delicada. Nos miró a todos y nos preguntó, si lanzo ambos objetos a la vez, cual creéis que caerá primero.

La caída de los cuerpos ha sido objeto de observación y estudio a lo largo de los siglos. Así que, en esos instantes, yo me sentí trasladada hacia principios del siglo XVII, en la época del Renacimiento. Me vino a la mente el astrónomo, filósofo, matemático y físico: Galileo Galilei.

El científico intaliano Galileo Galilei había cuestionado, la entonces aceptada idea aristotélica que concluía, que los cuerpos más pesados caían más rápido que los más ligeros. Existe una leyenda que cuenta que Galileo, con la ayuda de algunos asistentes, subió a lo alto de la Torre de Pisa y dejó caer simultáneamente dos grandes esferas, una de madera y otra de plomo. Las esferas llegaron al suelo a la vez. Según las ideas de Aristóteles, la esfera de plomo debería haber llegado al suelo mucho antes que la esfera de madera, ya que el plomo es un material más pesado que la madera. Gracias a este experimento, Galileo llegó a la conclusión de que en ausencia de aire todos los cuerpos son igualmente acelerados hacia el suelo.

Volviendo al experimento de la cena... Los asistentes empezamos a lanzar nuestras hipótesis, y llegamos a la respuesta unánime de que si nuestro amfitrión no nos hacía trucos de magia, caería primero la bola de acero. Y así fue.

Sin embargo, una vez hecho el experimento, nos pidió unos segundos más de atención. Colocó la pluma en un envase de plástico idéntico al que utilizó para introducir la bola. De nuevo, repitió el experimento de la caída de cuerpos. Esta vez, pluma y bola cayeron a la vez. ¿Qué había pasado? ¿Cual era la diferencia que conseguía que ahora ambos cuerpos cayeran a la vez? Al introducir los objetos en cajas iguales, la resistencia al aire quedaba homogeneizada. Ambos objetos habían sufrido igual fuerza ascendente debido al rozamiento con el aire. De ese modo, al poder prescindir de la componente del aire, sólo observábamos la atracción producida por el planeta Tierra, la aceleración de la gravedad, y esta, es igual para todos los cuerpos.

Un experimento similar fue llevado a cabo por el científico Robert Boyle en 1642. Boyle dejó caer una bala de plomo y una pluma dentro de un recipiente de vidrio al cual se le había extraído el aire. Con este experimento, Boyle demostró que la única fuerza que reduce la velocidad de los cuerpos en su caída es la resistencia del aire. Más adelante, en 1971, la misión Apolo XV también verificó las ideas propuestas por Galileo. Cuando el astronauta David Scott tripulante del Apolo XV, llegó a la Luna, que carece de atmósfera y por tanto de aire, dejó caer desde la misma altura y al mismo tiempo un martillo y una pluma. Tanto él, como los televidentes que seguían tal hazaña, pudieron observar satisfechos como ambos objetos tocaban suelo lunar al mismo tiempo.

Este es un experimento sencillo que podéis hacer en casa, en el aula, en familia, con amigos, con alumnos... y repasar así la física de secundaria. También podéis plantear la experiencia de forma inversa: Coged dos folios de papel iguales y los lanzáis al suelo desde la misma altura. Ambos llegan al suelo a la vez. Ahora arrugáis una de las hojas creando una pelota de papel más o menos esférica. Repetid la experiencia. ¿Qué sucede? Sí, la hoja en forma de bola cae más rápidamente. Esto es debido a que al disminuir su superfície exterior también habéis reducido su rozamiento con el aire y por eso cae más deprisa.

Y si aún tenéis más ganas de experimentar, echar un vistazo a los experimentos sobre la caída de los cuerpos, o visitad la sala permanente de CosmoCaixa Barcelona, donde encontraréis unos tubos de vacío y unos vídeos que os muestran diferentes versiones de estos experimentos galileanos.

20 comentarios:

lacienciaparatodos dijo...

Hola Irene

Soy Javier F. Panadero. Esto de la caída de los objetos no deja de sorprender. Yo utilizo este ejemplo para hablar de los pre-conceptos, porque ese de Aristóteles es aún muy compartido.
Hay otras maneras muy de andar por casa para probarlo, papel estirado frente a objeto pesado y después papel arrugado en bola frente a objeto pesado. Y otra muy fácil, botella de 50 cl de agua de plástico llena frente a otra idéntica vacía.

Por cierto, si te parece bien te voy a enlazar en mi blog.

Un beso

Javi

ilamandarina dijo...

Hola Javier!

Acabo de leer tu post i me ha gustado mucho. La explicación es muy clara.Y me gusta la reflexión que haces para explicar por qué la aceleración acaba siendo la misma, y por qué tenemos tendencia a confundirnos. Para los que quieran, como yo, seguir leyendo sobre la caída de cuerpos o ver el vídeo de David Scott lanzando una pluma y un martillo, pueden enlazar con La Ciencia para todos a través de La Mandarina de Neton!

Es curioso... pero justo después de escribir el post, yo misma he estado pensando... claro el experimento también se podría realizar con una caja llena y otra vacía... Bueno, lo que nos propones con als botellas! Sí, sí, también es muy buen ejemplo!

Muchas gracias por participar Javier y te animo a seguir haciéndolo. A ver si generamos una buena red de curiosos por la ciencia. ¡Tot sea por el placer de conocer!

Un saludo!

ila

dt dijo...

Què no et vaig dir que això de que les coses cauen igual, segons les cordes, ja no és cert? jejejeje és broma... evidentment és cert a dins de la nostra física quotidiana.
El que em sorprén és la gran quantitat de gent que no ho sap. D'acord que semblaria que el sentit comú ens diria una altra cosa, però hauria de ser cultura general.
Si jo he de saber que Amèrica es va descobrir al 1492 (cosa que és de dubtosa veracitat) no sé perquè la ciència sempre s'exclou de la "cultura general".

Bé ara que ja m'he explaiat amb les meves rallades, marxo.

Petons!

ilamandarina dijo...

Ei Toni!!

Totalment d'acord amb el tema de la cultura científica!!

I lo de la confusió de la gent, crec que ve de barrejar el concepte de velocitat amb el d'energia. El cos més pesat arriba al terra amb energia superior, perquè inicialment tenía més energia potencial (E=mgh) i això els fa pensar que cau més depresa... Penso...

I què diu la teoria de cordes de tot això?!! Sempre marejant la troca... Aquests físics... ;-P

Un petó enorme i gràcies per participar!!!

ila

Jordi dijo...

Jo crec que la confusió té una arrel encara més simple: es confón acceleració amb força! Evidentment, si un cos és més pesant, la Terra l'atrau amb una força superior, i per tant, "ha de caure més ràpid". Les forces són de llarg més intuitives que no pas l'energia, que és quelcom molt més eteri...

Per cert, des dels meus díes d'estudiant, sempre he sentit una especial fascinació per l'equivalència entre massa inert i massa pesant. Crec recordar que les experiències realitzades fins ara han demostrat que ambdues masses són iguals com a mínim fins a un ordre de magnitud de 10E-14, cosa que no està gens malament... Seria molt interessant que és pogués detectar aquesta diferència que preveu la teoria de cordes... A veure!

Records!!

ilamandarina dijo...

Pot ser tens raó Jordi...
A vegades no és fàcil saber què és allò que ens porta a error...
Merci i un petó!
ila

Victor dijo...

A banda d'aquestes comfusions tant "modernes" velocitat-energia i força-acceleració, i no parlant només d'alumnes sinó de persones, crec que l'arrel és també empírica. Fins i tot, si se'm permet, diria que és genètica, és qüestió d'instint. Milers i milers d'anys d'evolució observant que les coses més lleugeres tarden més a caure (per motius de forma, etc.) i no fa ni 400 anys bé un senyor que ens diu el contrari.....Cada vegada hi ha més alfabetització científica i som capaços de entendre i relacionar molts fenòmens, però queda molta feina.... Podeu fer un experiment: sortiu al carrer i pregunteu quina ampolla (plena o buida) arribarà abans. Igual que si la suma de forces és zero, un objecte es mourà a v constant. Potser a molta gent l'hi han dit, però les respostes poden ser espectaculars, també es comfón molt Força amb Direcció de moviment.
Per cert, si a un animal (no humà) li "preguntessin"...què "diria"?
Salut!

Victor

ila dijo...

Crec que tens raó, Víctor!

No sé si vares fer l'assignatura Pedagogia de la Física... Imagino que si no aquesta, una de similar (perquè de fet, si no estic equivocada estaves fent recerca en temes com aquest). Be, el que et volia dir és que en aquesta assignatura varem estar analitzant les idees físiques errònies que arrosseguem cultural i socialment... Era al·lucinant!! I lo més fort, és que costa molt escapar-se d'elles...

Això de l'aprenentatge és quelcom molt curiós.

Gràcies per la teva aportació i una forta abraçada!!

ila

dt dijo...

Hola Jordi,
Comparteixo amb tu la fascinació per la equivalència entre massa inert i massa pesant. Sempre m'havia semblat una espècie de màgia còsmica.
Jo no em vaig dedicar a la fenomenologia de cordes, però pel que sembla (al link que vaig posar a l'altre fil en parla) el límit de precisió actual està en 10E-12, ells amb el projecte STEP pretenen arribar a tenir una precisió de 10E-18 i la suposada violació és produiria a l'ordre 10E-15.
L'experiment l'únic que fa es llençar les ampolles plena i buida des de prou lluny.
Només queda esperar...
Salut!

Victor dijo...

Deixeu-me que faci d'advocat del diable i de passada demostri la meva incultura, però a mi mai m'ha preocupat el fet que les dues masses fossin iguals. No ho veig una casualitat, sinó un dels pocs temes que per fi ja estan tancats (per a mi). Per altra banda, trobo una mica irònic que es vulgui trobar una teoria unificada de tot i que després es "desunifiqui" aquest detall...
Potser la desunificació de les masses ajudarà a unificar-ho tot i serà un dany colateral que farà encara més gran la física, però insisteixo: si se sap tot, s'acabarà tot?
Salut!

Victor

dt dijo...

Bé Victor, et perdono, però només aquest cop.
No crec que fos un tema tancat la igualtat de les masses. De fet per ser un tema tancat hauria de ser una identitat, i mai no ho ha estat.

Més aviat sempre ha estat un tema obert. Si et mires el principi d'equivalència et diu en la seva versió feble que el quocient de les masses inert i pesant és aproximadament 1.

La versió forta és molt més técnica i diu més o menys que el moviment gravitacional d'un objecte no depén de la seva constitució material. Tot i així segons cordes aquest enunciat també és fals perquè el que et diu aquest enunciat és que la gravetat és purament geomètrica i el que et diu cordes és que no ben bé perquè al camp del gravitó se li acoblen altres camps.

Així doncs la unificació del camp gravitatòri amb la resta de camps és la causa de que es produeixi la desigualtat.

Tanmateix, el principi feble el podem mantenir perquè el quocient continuarà sent aproximadament 1 ja que les diferències s'esperen a l'ordre 10E-15 :p.

Jordi dijo...

Gràcies Toni per les dades! No les coneixia. 10e-15! Sembla a l'abast de l'experiència, i seria molt important per la teoria de cordes que es confirmés experimentalment aquesta predicció! A veure, a veure!!

Filosóficament parlant, el fet de que es trenqui el principi d'equivalència en aquests ordres de magnitud tampoc no em suposarà cap decepció. L'Univers continuarà sent tan elegant i fascinant com fina ara,o potser fins i tot més! Però he de reconeixer que, parlant des d'un punt de vista sentimental i subjectiu, que no científic, se'm trencaria una mica un dels meus referents, un d'aquells fets fascinants que van fer que, de jove, m'enamorés de la física... Però no passa res! No ens han deixat de fascinar les lleis de Newton pel fet que la Relativitat General les sobrepassi i englobi, oi? Al contrari!! I a més, sempre ens quedarà el principi feble! ;-))

Una abraçada!

J.A.

Victor dijo...

Gràcies Tony pel teu perdó!
Igualment, el que dic és que per a mi no ha suposat mai un motiu de preocupació que siguin iguals...però si es demostra això a aquest ordre pot ser interessant...per la ciència.
Si no ho he entès malament, si es demostra la desigualtat, vol dir que s'han unificat les 4 forces...
Em sembla un preu baix, a on s'ha de signar?
Salut!

ilamandarina dijo...

Hola Toni!

Així doncs és tan"simple" com proposa en Víctor? Seria així de directe?

És divertida la disponibilitat d'en Víctor a trencar el Principi d'equivalència!! Però digues que sí, Víctor!! Tot per la Unificació!!

Moltes gràcies als tres per aquests debats que feu... M'omplen d'alegria!

Un petó!

ila

dt dijo...

Ho sento però no. Tant de bó que fos tan fàcil.
Aquest experiment seria un punt a favor de cordes però en cap cas seria una confirmació de la Teoria.
El camí del "corder" és llarg i difícil...

dt dijo...

Bé abans he respost ràpid perquè estava marxant i tenia una mica de pressa que ja sortia tard...

Després pensava que no sé si havia respost del tot la teva pregunta, Irene.

Aviam, tot i que no provaria cordes, una discrepància entre les masses inert i pesant indicaria que la gravetat depèn de la composició dels cossos. És a dir, que deixaria de ser la interacció marginada perquè hi hauria un mecanisme pel qual "es relacionaria" amb la materia.

Com deia abans, deixaria de ser "pura geometria".

ilamandarina dijo...

Moltes gràcies Toni!!

Ja veig per on va...

Això de tenir un amic doctor en Cordes és molt interessant!

Ja saps Víctor, haurem de seguir esperant...

Una abraçada a tots!!

ila

Raúl dijo...

Igual estoy un poco empanado hoy, Irene, pero no entiendo la segunda parte del experimento que realizó tu amigo. ¿Metió la bola y la pluma en dos envases con aire o sin aire?. Si es con aire no lo entiendo, y si es sin aire, tampoco entiendo como alguien se lleva una bomba de vacío, y dos cajas herméticas a una cena de navidad.
Lo del experimento de Galileo, es muy curioso, porque tuve una profesora en el cole, que me explico la leyenda de la torre de Pisa, pero con una pluma y una bola de acero, con lo cual no lo comprendí. Supongo que se confundió, y nos confundió a todos los alumnos durante años (hasta el instituto), o pensaba que la bomba de tu amigo, podría hacer el vacío en toda la ciudad de Pisa.
El experimento del Cosmocaixa, es espectacular, porque algo tan sencillo, pero que sólo lo podías intuir en tu imaginación, se hace realidad delante de tus ojos. Ahora con aire, ahora sin aire, ahora con aire, ahora sin aire...
La entrada de la teoría de cuerdas, me ha costado un poco entenderla, así que paso de comentarla.
Un petó.
A ver si quitas los captchas, que me putean.

ilamandarina dijo...

Hola Raul!!

Te explico! Las cajas eran con aire, pero lo importante es que conseguían que externamente ambos objetos tuvieran igual forma y con ello igual resistencia al aire. Si la resistencia con el aire és la misma los dos objetos careán con la misma velocidad. El aire y la forma del objeto (por ejemplo piensa en los paracaídas) son los encargados de que en la Tierra observemos que los objetos caen con diferentes velocidades, no el peso de los objetos.

El experimento que te explicó tu profe, no fue exactamente con una pluma y una bala... Fueron dos esferas iguales. Una hecha de madera y la otra de hierro. Pesaban distinto, persu forma exterior era igaul. Por eso cayeron a la vez. Lo mismo sucedería con dos botellas de agua, una llena y una vacía. Si lo pruebas, intenta que sea un día que no haga viento...

Lo del tema cuerdas... Toni (dt) es el experto! Pero si quieres un día quedamos y te lo cuento en persona.

Gracias por comentar!!

Un beso!!

ila

Raúl dijo...

Ya lo he comprendido. No me había dado cuenta que lo que dejaba caer, era el recipiente entero.
¿Sabes qué? que esta mañana viendo la Aventura del Saber, programa muy útil para el desayuno de un parado, ha salido el Javier Panadero del primer comentario, haciendo el experimento éste que explicaba con las botellas. Y de paso promocionó los libros esos que sacaste de, "¿Porqué el cielo es azul?", y "¿Porqué la nieve es blanca?".
Y lo de la profe, es verídico. Si hubiese dicho dos esferas iguales de distinto peso, lo habría entendido, pero los objetos descritos fueron, pluma y bola de acero.
Gracias por la paciencia.