Algunas cuestiones sobre el movimiento

En la clase de hoy hemos continuado con los ejercicios que finalmente ayer no llegamos a terminar, además, hemos aprovechado para corregir algunos errores que había, pues no habíamos tenido en cuenta que debíamos omitir el viento y el rozamiento, lo que hace que cambien los resultados.

En primer lugar, se nos plantean situaciones como si caería antes un objeto desde un punto estático, por ejemplo, desde un globo, o desde un avión en movimiento, y aunque nosotros ayer pensamos que caería primero desde el globo por tener menor recorrido, la realidad es que si prescindiésemos del rozamiento del aire y del viento, ambos caerían al mismo tiempo, pues en ese caso, únicamente caerían atraídos por la fuerza de la gravedad, que es la misma en ambos casos (9,8m/s^2), lo que hace que, aunque resulte increíble, caigan al mismo tiempo.

Otra de las cuestiones que nos llevó a dudar respecto a estos ejercicios es qué caería primero en el caso de que tirásemos dos objetos de distinta masa al mismo tiempo. La realidad, es que ambos caerían a la vez siempre que prescindiésemos del rozamiento del aire y el viento, razón por lo que en muchas ocasiones esto no sucede así, debido a que es muy difícil omitir estos factores. A continuación os explicaré la razón de que esto suceda así:

Siempre se nos ha dicho que todos los cuerpos caen con la misma aceleración independientemente del peso que tengan. Esto se debe a que la fuerza de la gravedad es directamente proporcional a la masa de un objeto, de forma que aunque un cuerpo tenga el doble de masa que otro, será atraído con el doble de fuerza, por lo que al ser la aceleración el cociente entre la fuerza y la masa, la aceleración es la misma para todos los objetos. Esta aceleración, conocida como gravedad, es de 9,8 m/s^2.

A pesar de que lo anteriormente dicho es físicamente cierto, esto en realidad no sucede así, pues la gravedad no es la única fuerza que actúa sobre un cuerpo en caída libre, sino que también existe otra fuerza muy importante que se opone a la caída de los objetos, que es el rozamiento del aire. Esta fuerza depende de la geometría del objeto, de la densidad del aire y de la velocidad, en absoluto de la masa del objeto, de forma que si tenemos dos objetos de igual forma y tamaño pero de distinta masa, la fuerza debida al rozamiento del aire depende exclusivamente de la velocidad de caída.

Si tenemos dos bolas del mismo tamaño, una de plomo y otra de corcho, y las dejamos caer desde cierta altura, en el instante en que las soltamos, la única fuerza que actúa sobre ellas es la gravedad, por lo que tendrán la misma aceleración ( 9.8 m/s²), y caerán a la vez. Esto es lo que sucedería en el caso de que no tuviésemos en cuenta el rozamiento del aire, sin embargo, en una situación real desde el momento en el que empiezan a caer, aparece la fuerza de rozamiento del aire, que se opone al movimiento de caída. De este modo, al principio, como caen a la misma velocidad, la fuerza será igual para ambas, pero como la aceleración es igual a la fuerza dividida entre la masa, aceleración (deceleración, más bien) debida al rozamiento del aire será menor en la bola de plomo que en la de corcho, es decir, el efecto del rozamiento del aire frena más la bola de corcho que la de plomo, por lo que esta última llegará antes al suelo.

Es el rozamiento del aire el que hace que en un momento dado un cuerpo en caída libre deje de acelerar. La fuerza de rozamiento es directamente proporcional al cuadrado de la velocidad, de forma que esta fuerza de rozamiento va aumentando a medida que el objeto acelera. Así, el objeto irá acelerando cada vez menos, pero aumentando su velocidad, hasta que llegue un momento en el que la fuerza de rozamiento sea igual a la fuerza de la gravedad y el cuerpo caiga a velocidad constante.

Resumiendo, la gravedad imprime la misma aceleración a todos los cuerpos, aunque también hay que tener en cuenta que el rozamiento del aire hace que  caigan con diferente aceleración. Si hiciésemos este experimento de caída libre entre dos objetos con distinta masa en una cámara de vacío, todos los cuerpos caerían igual. Incluso una hoja de papel o una pluma caerían como un ladrillo. Este fenómeno fue demostrado por Galileo, realizando un experimento que sustentó las bases de esta teoría y que podéis ver en el siguiente vídeo.